Слайд 1ФОТОЭФФЕКТ
Открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально
исследован российским физиком А.Г. Столетовым.
Слайд 2Александр Григорьевич Столетов
Слайд 3Внешний фотоэффект
Падая на поверхность металла и поглощаясь в нем, свет
вызывает эмиссию (испускание) электронов веществом. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом
(фотоэффектом).
Слайд 4Вылетающие из вещества электроны называются фотоэлектронами,
а образуемый ими электрический
ток называется фототоком.
Слайд 5Схема установки для изучения внешнего фотоэффекта
Слайд 6ВАХ фотоэффекта
Iн1 и Iн2 – токи насыщения,
Uз – запирающее
напряжение.
Слайд 7Законы Столетова
1. Фототок насыщения Iн пропорционален световому потоку, падающему на
катод.
Этот ток равен суммарному заряду электронов, вырываемых в единицу
времени.
Слайд 82. Начальная скорость выбитых электронов тем больше, чем больше частота
падающего света.
Это проявляется в зависимости Uз от частоты.
Зависимость –
линейная!
Прямая Лукирского
Слайд 93. Фотоэффект наблюдается только при облучении светом с частотой, превышающей
некоторую минимальную частоту. Эта минимальная частота называется красной границей фотоэффекта.
4. Фотоэффект безынерционен.
Слайд 10Объяснение законов фотоэффекта в 1905 г. дал Эйнштейн на основе
предложенной им гипотезы, что свет взаимодействует с веществом как поток
частиц — квантов света или фотонов. Их энергия по гипотезе Планка
Слайд 11Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
Поглощенная электроном энергия кванта идет на
совершение работы выхода Авых электрона из металла и приобретение электроном
кинетической энергии
Слайд 12Полагая в формуле Эйнштейна
, найдем красную границу фотоэффекта
или
Слайд 13Если энергия фотона превышает работу выхода, то разность между ними
идет на кинетическую энергию электрона
По закону сохранения энергии
тогда
Получили формулу
прямой Лукирского.
Слайд 14По этой прямой можно найти постоянную Планка и работу выхода.
Слайд 16Внутренний фотоэффект
Заключается в увеличении электропроводности полупровод-ников или диэлектриков под действием
света. Это явление называют фотопроводимостью.
Слайд 17Причиной фотопроводимости является увеличение концентрации электронов в зоне проводимости и
дырок в валентной зоне.
Условие внутреннего фотоэффекта: энергия фотона должна
превышать энергию связи носителя заряда со своим атомом.
Слайд 19Донорный полупроводник
Энергетические схемы переходов в примесных полупроводниках
( -
электроны, - дырки).
Акцепторный полупроводник
Слайд 20Вентильный фотоэффект
Наблюдается в области p-n перехода или на границе металл-полупроводник.
За счет энергии падающего света в цепи возникает ЭДС.
Слайд 21Применение фотоэффекта
Приборы, в которых фотоэффект используется для превращения энергии излучения
в электрическую энергию, называются фотоэлементами.
Вакуумный фотоэлемент
Полупроводниковая солнечная батарея
Слайд 22Фотоэффект широко примененяется в различных областях техники (телевидение, фототелеграф, звуковое
кино). Фотоэффект используется также при устройстве электронных преобразователей оптического изображения,
усилителей яркости.
С помощью фотоэффекта можно перевести изображение, полученное с помощью инфракрасного излучения, в видимое.
Слайд 23Фотоны
Фотон - элементарная частица, которая движется со скоростью света и
имеет энергию
Слайд 24Масса фотона
Масса покоя фотона равна нулю.
Массу движущегося фотона найдем из
закона взаимосвязи массы и энергии:
Слайд 26Давление света
Петр Николаевич ЛЕБЕДЕВ
(1866—1912)
Основатель выдающейся школы физиков Московского университета. Блестящий
экспериментатор. Первым измерил давление света на твердые тела, экспериментально доказав
наличие импульса у электромагнитного излучения.
«Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот … Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами» (У. Томсон).
Слайд 28Если в единицу времени на единицу площади поверхности с коэффициентом
отражения ρ падает N фотонов, то
ρN фотонов отразится,
а
(1- ρN) фотонов поглотится.
Слайд 29Изменение импульса каждого поглощенного фотона:
Изменение импульса каждого отраженного фотона:
Изменение импульса
ΔpS 1 кв.м поверхности за 1с равно давлению света:
Слайд 30Е - энергия N фотонов, падающих на 1 м2 в
1 с,
объемная плотность энергии излучения.
Слайд 31Давлением света объясняется форма кометных хвостов.
Слайд 33Фотоны
Эффект Комптона – это увеличение длины волны рентгеновского излучения, рассеянного
на свободных или слабосвязанных электронах вещества.
Эффект Комптона
Слайд 34Эффект Комптона можно объяснить только на основе корпускулярной природы света.
В 1922 г. А. Комптон показал, что рентгеновский фотон и
электрон взаимодействуют согласно законам упругого столкновения частиц.
Слайд 35Схема опыта Комптона
рентгеновская трубка
рассеивающее вещество
рентгеновский спектрограф
Слайд 36Комптон обнаружил, что в рассеянном свете присутствует компонента с большей
длиной волны λ’, чем исходная λ.
Слайд 37Разность длин волн рассеянного и падающего излучения Δλ зависит от
угла рассеяния θ и не зависит от вещества и длины
волны.
Результат опыта
Слайд 39 Теория эффекта Комптона
импульсы фотонов до и после рассеяния
импульс электрона отдачи, θ – угол рассеяния
Слайд 40Для упругого удара можно записать законы сохранения импульса и энергии
в релятивистской форме.
Слайд 41Применив законы сохранения, можно получить формулу Комптона и вычислить