Фотоелектричний ефект. Квантова теорія фотоефекту. Фотоелементи та їх застосування. Фотонна теорія світла. Характеристики фотона. Дослідне підтвердження корпускулярної природи світла

Фотоелектричний ефект — це виліт електронів із речовини під дією світла (переважно ультрафіолетового), інакше кажучи, це — фотоелектронна емісія. Відкрив фотоелектричний ефект у 1887 р. Генріх Герц, помітивши, що для іскрового розряду між яскраво освітленими цинковими кульками потрібна менша різниця потенціалів, ніж коли кульки не освітлені. Дослідники природи фотоефекту Ф. Ленард, О. Г. Столєтов, В. Гальвакс виявили такі закономірності (закони фотоефекту): 1) Збільшення енергії світла незмінної не збільшує швидкості вилітаючих з речовини електронів. Швидкість збільшується при збільшенні частоти (а отже, зменшенні довжини хвилі) світла. 2) Для кожної речовини існує «червона межа» фотоефекту, тобто така довжина хвилі світла, перевищення якої призводить до зникнення фотоефекту. 3) Збільшення енергії світла незмінної збільшує силу фотоструму насичення на вольт-амперній характеристиці фотоефекту (відкрив О. Г. Столєтов). Фотоефе́кт — явище «вибивання» світлом електронів із металів. Щоб вивільнити електрон із металу йому необхідно передати енергію, більшу за роботу виходу. Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію. Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті. Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення. Hυ= A. де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу. Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом — вакуумні безінерційні прилади для одержання фотострумів. Фотоелементи із внутрішнім фотоефектом — фотоелементи із запираючим шаром. Фото́н квант електромагнітного випромінювання, елементарна частинка, що є носієм електромагнітної взаємодії. Фотони не мають електричного заряду. Їхні основні характеристики: енергія, зв'язана з частотою за допомогою формули E=hυ і спін рівний одиниці. Фотон є істинно-нейтральною частинкою, що означає, що його античастинка є тим самим фотоном. Імпульс фотона визначають за формулою p= = . Фотони видимого світла мають енергії в діапазоні від 1,7 до 3 еВ; вони з'являються при переходах атомів і молекул із збуджених станів в стани з меншою енергією.

 

69. Теплове випромінювання та його характеристики. Закон Кірхгофа. Випромінювання абсолютно чорного тіла. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла. Формула Релея-Джинса. Ультрафіолетова катастрофа. Гіпотеза Планка. Формула Планка.

Теплове випромінювання — спільний процес конвекції і теплопровідності, при якій враховується температура всіх тіл, які мають температуру вище абсолютного нуля. Характеристики теплового випромінювання (всі залежать від температури): енергетична світність тіла(інтегральна випромінювальна здатність), спектральна випромінювальна здатність, інтегральна поглинальна здатність, спектральна поглинальна здатність. Зако́н Кірхго́фа — назва кількох законів природи, встановлених Густавом Кірхгофом. 1) У хімії: залежність теплового ефекту реакції від температури описується різницею сум теплоємностей продуктів реакції і реактантів, тобто різницею теплоємностей кінцевого й початкового станів системи. 2) У фізиці: випромінювальна здатність ε будь-якого тіла дорівнює його коефіцієнту поглинання при заданих температурі Т і довжині хвилі λ:

ε (λ, Т) = α (λ, Т). 3) У електротехніці — так іноді називають правила Кірхгофа — два основних закони електричних кіл. Перший встановлює зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебраїчна сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю. Другий закон Кірхгофа встановлює зв'язок між сумою електрорушійних сил і сумою падінь напруги на резисторах замкненого контуру електричного кола. Згідно з цим законом алгебраїчна сума миттєвих значень електрорушійної сили всіх джерел напруги у будь-якому контурі електричного кола дорівнює алгебричній сумі миттєвих значень падінь напруги на всіх резисторах того самого контуру. Абсолю́тно чо́рне ті́ло — фізична абстракція, що вживається у термодинаміці; тіло, яке цілком поглинає проміння (всіх довжин хвиль), що падає на нього. Не зважаючи на назву, абсолютно чорне тіло може випускати теплове випромінювання. Закони: 1 .Закон випромінювання Планка: Інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від температури й частоти визначається законом Планка: I(υ)= . 2. Закон Стефана-Больцмана: Загальна енергія теплового випромінювання визначається законом Стефана—Больцмана: F=σ , де F— потужність на одиницю площі поверхні випромінювання, а σ=5,67*10^-8. 3. Закон зміщення Віна: Довжина хвилі, при якій енергія випромінювання максимальна, визначається законом зсуву Віна: = , де T — температура в кельвінах, а — довжина хвилі з максимальною інтенсивністю у метрах. Видимий колір абсолютно чорних тіл з різною температурою представлений на діаграмі праворуч. 4. Закон Релея-Джинса — формула, що описує частотну та температурну залежності інтенсивності рівноважного випромінювання абсолютно чорного тіла при малих частотах (великих довжинах хвиль). 5. Ультрафіолетова катастрофа — фізичний термін, що описує парадокс класичної фізики, який полягає в тому, що повна потужність теплового випромінювання будь-якого нагрітого тіла має бути нескінченною. 6. Гіпотеза Планка - гіпотеза, висунута Планком і яка полягає в тому, що при тепловому випромінюванні енергія випускається і поглинається не безупинно, а окремими квантами (порціями). Кожна така порція-квант має енергію ε, пропорційну частоті ν випромінювання: ε=hυ.