Teoria foton
În interpretarea modernă a ipotezei cuantice prevede că energia E a unui atom sau molecule vibrații poate fi egală cu h # 957;, 2h # 957;, 3h # 957; etc. dar nu există nici o oscilație de energie între doi multipli întregi consecutive. Acest lucru înseamnă că energia nu este continuă, a crezut timp de secole, și este cuantizată. și anume Ea există numai în porțiuni discrete strict definite. Cea mai mică porțiune se numește un cuantum de energie. Quanta ipoteză poate fi formulată ca o declarație că la fluctuațiile de nivel atomic și molecular nu apar cu orice amplitudine. Valorile valide sunt amplitudini asociate cu frecvența de oscilație # 957; .
În 1905, Einstein a propus o idee îndrăzneață, pentru a generaliza ipoteza cuantelor, și a făcut-o baza unei noi teorii a luminii (teoria cuantică a efectului fotoelectric). Conform teoriei luminii, cu o frecvență # 957 a lui Einstein, nu numai că este emis. așa cum am sugerat Planck, dar se răspândește și este absorbită de o substanță în porții individuale (cuante). care energia. Astfel, distribuția luminii nu trebuie privită ca un proces de undă continuă, iar fluxul de spațial localizate cuante de lumină discrete, se deplasează cu o viteză a luminii în vid (c). Quantum de radiații electromagnetice este numit un foton.
Așa cum am spus, emisia de electroni de pe o suprafață metalică cu radiații incidente corespunde ideii de lumină ca o undă electromagnetică, cum electromagnetice câmp electric val acționează asupra electronilor din metal și scoate unele dintre ele. Einstein, cu toate acestea, a atras atenția asupra faptului că teoria a prezis teoria ondulatorie si de fotoni (corpusculară cuantică) a efectului fotoelectric al pieselor de lumină diferă în mod semnificativ.
Deci, putem măsura energia electronilor emiși, pe baza teoriei valurilor și de fotoni. Pentru a răspunde la întrebarea care este preferat teorie, ia în considerare unele detalii ale efectului fotoelectric.
Să începem cu teoria ondulatorie, și să presupunem că placa este iluminată de lumină monocromatică. Valul de lumină se caracterizează prin următorii parametri: intensitatea și frecvența (sau lungimea de undă). Teoria val prezice că următoarele evenimente apar atunci când modificați aceste caracteristici:
· Când intensitatea luminii crește numărul de electroni ejectat și energia maximă ar trebui să crească, după cum o intensitate mai mare a luminii este mai mare amplitudine a câmpului electric și un câmp electric mai puternic trage electroni o energie mai mare;
ejectat electroni; energia cinetică depinde de intensitatea luminii incidente.
Ea prezice un foton teorie cu totul diferită (corpusculare). În primul rând, observăm că toți fotonii din fascicul monocromatic au aceeași energie (egală cu h # 957;). Creșterea intensității fasciculului este creșterea numărului de fotoni în fascicul, dar nu afectează energia lor, în cazul în care frecvența rămâne neschimbată. Conform teoriei lui Einstein, electronul este scos de pe suprafața metalică într-o coliziune cu el un singur foton. În acest caz, toată energia fotonului este transferată la un electron și un foton încetează să mai existe. pentru că electronii sunt limitate în metale forțele de atracție, pentru a extrage un electron de pe suprafața metalică necesită energie Un minim (care se numește funcția de lucru și este, pentru majoritatea metalelor, de ordinul mai multor eV). În cazul în care frecvența # 957; luminii incidente este mică, energia și energia fotonilor este insuficientă pentru a disloca electroni de pe suprafața metalică. În cazul în care. electronii emiși de pe suprafața metalică, energia stocată într-un astfel de proces, și anume, energia fotonilor (h # 957;) este egală cu energia cinetică a electronului ejectat, plus lucrul la lovirea unui electron din metal:
3. În cazul în care frecvența # 957; mai mică decât frecvența critică. ejecție de electroni are loc de la suprafață (Legea III).
Deci, vedem că prezicerile corpusculară (foton) teoria sunt foarte diferite de predictiile teoriei val, dar un acord foarte bun cu stabilit experimental cele trei legi ale efectului fotoelectric.
ecuația lui Einstein a fost confirmată de experimente Millikan efectuate în 1913-1914. Diferența principală din experiența Stoletova că suprafața metalică este supusă la curățare în vid. Dependența energiei cinetică maximă a frecvenței și determinate de h constanta lui Planck.
În 1926, fizica PI Română Lukirskii și SS Prilezhaev pentru studiul efectului fotoelectric aplicat prin vid condensator sferic. Anod au fost placate peretele unui balon sferic din sticlă, iar catodul - o bilă (R ≈ 1,5 cm) din metal de testare plasat în centrul sferei. O astfel de formă a electrozilor permite creșterea pantei caracteristicii IV și, astfel, mai precis determina tensiunea întârziere (și deci h). h constanta lui Planck. obținute din aceste experimente sunt în concordanță cu valorile găsite în alte metode (pentru radiația corpului negru și undă scurtă delimitare a spectrului de raze X continuă). Toate acestea sunt o dovadă a corectitudinii ecuațiile lui Einstein, și, în același timp, și teoria cuantică a efectului fotoelectric.
Pentru o explicație a radiației termice, Planck a sugerat că lumina este emisă în Quanta. Einstein atunci când explica efectul fotoelectric propus ca lumina este absorbită fotoni. După cum Einstein a sugerat ca lumina si se raspandeste raze, adică, porțiuni. Quantum de fotoni de energie numită lumină. Ie a venit din nou la conceptul de corpuscul (particule).
Confirmarea cea mai directă a ipotezei lui Einstein a dat experiență Bothe, care a folosit metoda de potrivire (fig. 2.4).
folie metalică subțire F a fost plasată între două contoare cu descărcare în gaz Cq. Folie de acoperit fascicul de raze X slab sub influența pe care ea însăși devine o sursă de raze X (acest fenomen se numește fluorescență cu raze X). Din cauza intensității scăzute a fasciculului primar, numărul de fotoni emisi folie a fost mică. După contactul cu raze la mecanismul de numărare este declanșat și se deplasează în banda de hârtie face un semn. În cazul în care energia radiată este repartizată uniform în toate direcțiile, după cum rezultă din reprezentările val, ambele contoare au fost declanșate simultan pe bandă și marca a reprezentat una față de alta. De fapt, a existat un complet haotic semne aranjament. Acest lucru poate fi explicat doar prin faptul că actele individuale ale luminii de emisie având particule care se deplasează într-una sau cealaltă direcție. Din moment ce a fost demonstrat experimental existența unor particule speciale de lumina - fotoni.
Photon are energie. Pentru lungime de undă a luminii vizibile # 955; = 0,5 m, iar energia E = 2,2 eV pentru raze x # 955; Și m = E = 0,5 eV.
Photon are masa inerțială. care poate fi găsit de relația:
;