Фотоефект. Закони фотоефекту.
Ще у 1887 році, вивчаючи
природу електромагнітних хвиль, Герц виявив, що освітлення одного з електродів
промінням електричної дуги зменшує пробивну напругу і полегшує приймання хвиль.
Але він не дав точного пояснення впливу світла на речовину електродів. Дослідив
це явище О. Столєтов. Воно отримало назву – явище випускання електронів з речовини під дією світла.
Постає питання: навіщо нам про це знати?
Проблема пошуку дешевих джерел електричної
енергії була самою актуальною серед науковців різних років та століть. І
ось сьогодні ми користуємося дуже зручними, економними для нас джерелами
електричної енергії – це сонячними батареями, які доречи були важливими і дуже цінними елементами живлення для….космічних кораблів.
Отже, для розуміння принципу роботи таких батарей ми
зануримося у науку фотострумів.
Світло поширюється і поглинається речовиною, як
сукупність квантів (фотонів). Тоді
Явище взаємодії
світла з речовиною, яке супроводжується випромінюванням (емісією) електронів,
називають фотоефектом.
Розрізняють зовнішній
фотоефект, за якого фотоелектрони вилітають за межі тіла, і внутрішній
фотоефект, за якого електрони, «вирвані»світлом
із молекул і атомів,залишаються всередині тіла.
Зверніть увагу на малюнок 34.2 у підручнику стор.191.
Схематично зображено установку на якій є камера,де викачане повітря, і в якій розташовані два електрода( катод К і анод А). На ці електроди подається електричний струм від джерела постійного струму. Крізь кварцове віконце на катод падає світловий промінь, який і спричиняє виривання електронів з поверхні катоду. Рухаючись від катода до анода , електрони створюють ФОТОСТРУМ, сила якого досить мала і виміряти його можливо тільки завдяки мікроампер метром.
З малюнка 34.3 ми можемо зробити висновок, що за певної напруги сила фотоструму
досягає максимального значення і далі залишається незмінним.
Найбільше значення сили
фотоструму називають силою
струму насичення.
де де q max — заряд, перенесений фотоелектронами за час t; N — кількість «вибитих» електронів; e - модуль заряду електрона.
Також у фотоефекті є поняття « запірної, або
затримуючої напруги».
Це означає : Якщо між електродами зменшувати напругу до мінімального
значення (до нуля), струм не зникне і це пояснюється тим, що фотоелектрони
мають певну швидкість руху і вилетівши з катоду вони обов’язково досягнуть
анода. Тому при вимірюванні цієї швидкості анод з’єднують з негативним полюсом, а катод із позитивним полюсом джерела струму.
При цьому електричне
поле починає виконувати від’ємну роботу
і поступово гальмує електрони. Найшвидші електрони не можуть
досягти анода і фотострум припиняється.Згідно з теоремою про кінетичну енергію
робота електростатичного поля дорівнює зміні кінетичної енергії фотоелектрона (Aел = Ek max): Або:
де m — маса електрона; v max
— максимальна початкова швидкість
фотоелектрона.
Дослід показує, що затримуюча напруга (а отже, й
початкова швидкість фотоелектронів) збільшується в разі збільшення частоти світлової хвилі,
яка падає на катод, і зменшується в разі зменшення її частоти;
за певної частоти світлової хвилі фотоефект припиняється (рис. 34.4).
Робота виходу Aвих — це фізична
величина, що характеризує
метал і дорівнює енергії, яку треба передати електрону для того, щоб він зміг подолати сили, які
утримують його на поверхні цього металу.
А. Ейнштейн припустив: унаслідок поглинання фотона
металом енергія фотона E=hγ може бути повністю
передана електрону й витратитися на здійснення роботи виходу Aвих та надання електрону кінетичної енергії Ekmax .
Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту:
УВАГА!!!
ЗАВДАННЯ ДЛЯ ОПРАЦЮВАННЯ:
1. зверніть увагу на табличку, в якій визначена робота
виходу електронів із поверхні металів. Зверніть увагу на одиниці виміру роботи
виходу електронів з поверхні металу. Як ви вважаєте, у яких металах вона більша
і чому?
2. Уважно прочитати табличку в кінці стор.193, де викладені
закони фотоефекту та відповідно пояснення до них.
3. Межі застосування явища
фотоефекту. Які ви бачите знайомі вже з повсякдення межі застосування фотоефекту. Зробити
короткий конспект.
4. Надати відповідь на тестові завдання.
5. Розв’язок задач за допомогою отриманих нових знань. для
цього на сторінці 195 підручника вам необхідно розібрати алгоритм розв’язку
задачі та застосувати його на наданих прикладах.
Комментариев нет:
Отправить комментарий