Фотоэффект

Дальнейшее развитие квантовая гипотеза Планка получила прежде всего в работах Эйнштейна, который выдвинул гипотезу о световых квантах – фотонах.

Фотон – это ультрарелятивистская незаряженная частица, имеющая нулевую массу покоя и всегда движущуюся со скоростью с.

ε = hν = ω = .

Формально фотону можно приписать релятивистскую массу

т = ε/с² = hν/c² = h/cλ = |.

Импульс фотона

р_ф= ε/с = h/λ = hν/c =

Если направление распространения световой волны задать волновым вектором , где (), то

Впервые отдельные фотоны излучения были обнаружены в опытах, проведенных Боте при облучении тонкой металлической фольги слабым пучком рентгеновского излучения, под действием которого она сама становилась источником рентгеновского излучения.

Если бы энергия этого излучения распространялась в виде сферических волн, то левый и правый счетчики С_л и С_п должны срабатывать практически одновременно, а самописцы Л и П , связанные со счетчиками, должны оставлять метки на движущейся ленте друг против друга. Опыт, однако показал, что счетчики реагировали совершенно независимо друг от друга.

2 - 2

распространялось в виде отдельных квантов, которые могли попадать либо в левый, либо в правый счетчик.

Гипотеза о корпускулярных свойствах света позволила объяснить результаты экспериментов по фотоэлектрическому эффекту, совершенно непонятных с позиций классической электромагнитной теории.

Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов вещества под действием электромагнитного излучения.

Исследование закономерностей фотоэффекта проводят на установке с фотоэлементом в виде вакуумной двухэлектродной лампы, схематически показанной на рисунке.

Металлический катод К при освещении его через кварцевое окошко видимым светом или ультрафиолетовым излучением испускает электроны. Эти фотоэлектроны, достигая анода А, обеспечивают протекание в цепи электрического тока, который фиксируется миллиамперметром. Источники питания подключены так, что позволяют изменять полярность подаваемого на фотоэлемент напряжения.

Здесь же приведен качественный вид вольт-амперной характеристики такого фотоэлемента для случая неизменного светового потока, падающего на катод. Ускоряющему электрическому полю соответствует положительное напряжение, в области которого все испускаемые катодом электроны достигают анода, обусловливая фототок насыщения I_нас.

При отрицательном напряжении (U