Фотоэлектрический эффект

ЕНМФ ТПУ

Т Е!

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта;
19.4. Применение фотоэффекта (самостоятельно!!!)
19.5. Масса и

Сегодня: *

де Бройля. Опыт Девиссона.
Сегодня: *

пылинка r = 3·10-5 см
L – Кварцевое окошко
А – Анод

L

*

г., Москва. физик, специалист в области оптики. Член-корреспондент по Отделению математических и

лучей, рассеянных графитом под различными углами . Для этого был

e-

спектре рассеянных лучей, кроме линии, имеющей длину волны излучения, падающего

*

двумя газоразрядными счетчиками Сч.
Так было экспериментально доказано существование особых

Опыт Боте

рентгеновское излучение
Тормозное рентгеновское излучение
Квантовая природа излучения подтверждается также

- мощность излучения электрона

где υ0 – начальная скорость электрона.

всех длин волн от нуля до бесконечности. Длина волны, на

природы излучения. Действительно если излучение возникает за счёт энергии, теряемой

или

Для видимого света длина волны λ = 0,5 мкм и

W = mc2 ⇒ mф = W/c2 = hc/λc2 = h/cλ;

Фотон движется со скоростью света c = 3·108 м/с. Подставим это значение скорости в выражение

она может существовать только двигаясь со скоростью света c.
Найдем

И для энергии

т. е. p2 = E2/c2 откуда


где k – волновое

тепловое излучение, опыты Лебедева, опыты Добронравова казалось бы убедительно доказывают

Однако, с другой стороны,большая группа оптических явлений: интерференция, дифракция, поляризация света, дифракция электронов, дифракция рентгеновских лучей неопровержимо свидетельствуют о волновой природе света.

По современным представлениям свет одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов.

Корпускулярные свойства обусловлены тем, что энергия, импульс и масса излучения локализованы в дискретных «частицах»-фотонах, волновые - статистическими закономерностями распределения фотонов в пространстве,

*

с малыми и большими интенсивностями света дают одинаковую дифракционную картину,

Волновые свойства фотона проявляются в том, что для него нельзя указать точно, в какую именно точку экрана он попадет после прохождения через рассматриваемую оптическую систему. Можно говорить лишь о вероятности попадания фотона в различные точки экрана.

Т.е. фотоны качественно отличаются от световых корпускул Ньютона, движение которых как считал Ньютон, подобно движению макроскопических тел.

*

только фотоны, но и все "обыкновенные частицы" (электроны, протоны, нейтроны

Гипотеза де Бройля вскоре была подтверждена экспериментально. Девиссон и Джермер в 1927 г. наблюдали дифракцию электронов на монокристалле никеля.

Узкий пучок электронов направлялся на поверхность монокристалла никеля. Отраженные электроны улавливались цилиндрическим электродом (см. рис.), присоединенным к гальванометру. Интенсивность отраженного пучка оценивалась по силе тока, текущего через гальванометр.

λ = h/mυ Формула де Бройля (19.8.1)

*

(Paris, France)
Луи де Бройль
Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie
15.08.1892

7-й герцог Бройльи

(Virginia, Charlottesville)

The Nobel Prize in Physics 1937
Клинтон Дэвиссон

Clinton Joseph Davisson
22.10.1881

(Gardiner, New York)

Лестер Джермер

Lester Halbert Germer
10.10.1896 – 3.10.1971

то длина волны порядка 1 нм, то есть порядка межплоскостных

15.3

идею квантовой механики – корпускулярно-волновой дуализм, явился опыт американских физиков

Условием наблюдения дифракционного максимума при
отражении от кристалла является условие Брэггов-Вульфа :

В опыте Дэвиссона и Джермера при «отражении» электронов от поверхности кристалла никеля при определённых углах отражения возникали максимумы.

Падающие электроны.
Отражённые электроны.
Ожидали получить дифракционную картину, аналогичную картине возникающей при

54 В дебройлевская длина волны равна 0,167 нм. Соответствующая длина

Максимумы на кривой соответствуют отдельным дифракционным максимумам. Их положение, найденное экспериментально, в точности совпало с вычисленным из условия Вульфа-Брегга, в которое подставлялась формула де Бройля для λ.

аналогичные методу Дебая-Шерера, впервые были проведены П.О.Тартаковским, Томсоном и Рейдом

Применимость формулы де Бройля не ограничивается только электронами; любой частице соответствует волна, определяемая этой формулой.

Для теннисного мяча (υ = 25м/с.) – λ = 6·10-22см, для атомов водорода – λ=1,2·10-8 см, т.е около 1 .

позднее наблюдалась и для более тяжелых заряженных частиц – протонов,

Дж. Дж. Томсон и П. С. Тартаковский. (1927 г.)
Вскоре после

дифракция нейтронов

пучок малой интенсивности - такой, что каждый рассеянный электрон проходил

Таким образом, было доказано, что волновые свойства являются универсальным свойством всех микрочастиц.

фотонов.

две части, которые интерферируют.
Но электрон неделим и локализован

Интерференционная картина лишь характеризует вероятность попадания электрона в определенную точку экрана.

Единственный способ «объяснения» этого явления - создание математического формализма, который естественно должен быть непротиворечив и как бы объяснять прохождение электрона через две щели.

В его основе - каждой частице поставлена в соответствие некоторая комплексная функция .

Поскольку формально она обладает свойствами классической волны ее назвали волновой функцией - ψ (пси - функция)

в связи с тем, что нельзя указать через какую щель проходит электрон, понятие траектории теряет смысл.

невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать классически, то

Соотношения неопределенностей имеют вид:

Δx - неопределенность значений координаты;
Δpx - неопределенность значений импульса.

он имеет место и для микрочастиц, поэтому микрочастицы обладают корпускулярно-волновым

Каждой микрочастице соответствует волна, характеризующаяся частотой колебания ν и длиной волны λ - вследствие этого движение микрочастиц является волновым движением.

Эти соотношения, выражающие связь между корпускулярными и волновыми свойствами микрочастиц, называются уравнениями де Бройля

Уравнения де Бройля

(Paris, France)
Луи де Бройль
Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie
15.08.1892

7-й герцог Брольи

времени.
Энергия и время являются канонически сопряженными величинами

Определение энергии с точностью

(München, Deutschland)

The Nobel Prize in Physics 1932
Вернер Гейзенберг
Werner Karl Heisenberg
05.12.1901

эксперименте,
выполненном
К. Йенссоном
в 1961 г.

двух щелей в случае электронов;