Вопрос 32. Внешний фотоэффект и его законы. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Внешний фотоэффект – явление вырывания электронов с поверхности тела под действием света. Наблюдается в металлах.

Законы фотоэффекта:

1. Число фотоэлектронов, вырываемых за  с поверхности катода, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит линейно от его частоты.

3. Красная граница фотоэффекта зависит только от рода вещества катода.

4. Фотоэффект практически безинерционен, так как с момента облучения металла светом до вылета электронов проходит время с.

Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения. Энергия фотона:  – постоянная Планка. Масса фотона: . Эта формула получается из формул  Масса, определяемая формулой  является массой движущегося фотона. Фотон не имеет массы покоя  так как он не может существовать в состоянии покоя. Импульс фотона: Все фотоны движутся со скоростью  Очевидно импульс фотона откуда следует, что

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Из закона сохранения энергии следует уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, вызываемого монохроматическим светом:

где  – энергия фотона,  — масса электрона, — работа выхода электрона.

Данное уравнение означает, что энергия фотона после поглощения его, с одной стороны, расходуется на преодоление потенциального барьера (эта часть энергии называется работой выхода электрона из металла), а с другой стороны, частично сохраняется у электрона вне металла в виде кинетической энергии. Это соотношение подтверждает тот факт, что энергия фотоэлектронов, действительно, никак не зависит от интенсивности света, а линейно зависит от частоты света. Уравнение Эйнштейна позволяет измерить постоянную Планка .

Из уравнения Эйнштейна следует существование красной границы фотоэффекта. При достаточно низкой частоте света фотоэффект не наблюдается: энергии фотона не хватает на преодоление потенциального барьера. Та критическая частота, при которой прекращается фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта определяется работой выхода:

У различных металлов красная граница фотоэффекта различна.

Вопрос 33. Эффект Комптона.

Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и ) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.

При исследовании законов рассеяния рентгеновских лучей . Комптон установил, что при прохождении рентгеновских лучей через вещество происходит увеличение длины волны рассеянного излучения по сравнению с длиной волны падающего излучения. Чем больше угол рассеяния, тем больше потери энергии, следовательно, и уменьшение частоты (увеличение длины волны). Если считать, что пучок рентгеновских лучей состоит из фотонов, которые летят со скоростью света, то результаты опытов . Комптона можно объяснить следующим образом:

Законы сохранения энергии и импульса

 для системы фотон - электрон:   

где  - энергия неподвижного электрона;  - энергия фотона до столкновения;  - энергия фотона после столкноВЕНИЯ,  - импульсы фотона до и после столкновения;  - импульс электрона после столкновения с фотоном.

Решение системы уравнений для энергии и импульса с учетом того, что дает формулу для измерения длины волны при рассеянии фотона на (неподвижных) электронах:

где - так называемая комптоновская длина волны.