Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.

Одномерная дифракционная решетка - система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.

Постоянная (период) дифракционной решетки, d – это величина, равная сумме ширины щели а и ширины непрозрачных участков между щелями b.

Дифракция на пространственной решетке.

Дифракция света наблюдается на:

1) одномерной решетке (например, системе штрихов, нанесенных перпендикулярно некоторой прямой);

2) двумерной решетке (например, системе штрихов, нанесенных во взаимно перпендикулярных направлениях в одной и той же плоскости);

3) трехмерной (пространственной) решетке (пространственном образовании, в котором элементы структуры подобны по форме, имеют геометрически правильное и периодически повторяющееся расположение, а также постоянные (периоды) структуры, соизмеримые с длиной волны электромагнитного излучения).

В качестве пространственных дифракционных решеток могут быть использованы кристаллические тела, так как в них неоднородности (атомы, молекулы, ионы) регулярно повторяются в трех направлениях.

Дифракция света может происходить также в так называемых мутных средах - средах с явно выраженными оптическими неоднородностями. Происходит так называемое рассеяние света в мутной среде.

Молекулярным рассеянием объясняется, например, голубой цвет неба.

 

 

Фотоэффект.

Виды фотоэлектрического эффекта.

Законы внешнего фотоэффекта

Виды фотоэффекта:

1. внешний;

2. внутренний;

3. вентильный.

Внешний фотоэлектрический эффект (далее просто фотоэффект) – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Внутренний фотоэффект – переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные под действием электромагнитного излучения без вылета их наружу.

Вентильный фотоэффект – возникновение ЭДС под действием электромагнитного излучения на контакте двух разных полупроводников или проводника и металла.

 

Фотоэффект обнаружен Г. Герцем (1887 г.).

Дж. Дж. Томсон в 1898 г. измерил удельный заряд испускаемых под действием света частиц (по отклонению в электрическом и магнитном полях). Эти измерения показали, что под действием света вырываются электроны.

 

На рис. приведена экспериментальная установка для исследования вольтамперной характеристики фотоэффекта – зависимости фототока I, образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами. Максимальное значение тока  – фототок насыщения – определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:

                                                ,                                         (1)

где n – число электронов, испускаемых катодом в 1 с.

Из вольтамперной характеристики следует, что при  фототок не исчезает. Для того чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение . При  ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью , не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно,

                                             ,                                      (2)

т. е., измерив задерживающее напряжение , можно определить максимальные значения скорости и кинетической энергии фотоэлектронов.

 

Законы фотоэффекта:

1. Закон Столетова:

при фиксированной частоте света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода);

2. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта.

Красная граница фотоэффекта – минимальная частота света (максимальная длина волны), ниже (выше) которой фотоэффект невозможен.

Зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.