Применение фотоэффектов в технике

На внешнем и внутреннем фотоэффекте созданы фотоэлементы, превращающие энергию излучения в электрическую энергию. На фотоэлементах создаются мощные солнечные батареи.

Фотоэлементы применяются в кино для воспроизведения звука записанного на киноленте в виде “звуковой дорожки”. Фотоэлементы широко применяют в автоматике, а также для создания астрокомпасов, ориентирующих космические корабли по Солнцу и звездам.

Особое место фотоэлементы занимают в телевидении. Превращение световых сигналов в электрические происходит в иконоскопе (рисунок 34). Экран иконоскопа представляет собой слюдяную пластинку, на которую с одной стороны нанесены крошечные фотоэлементы в виде крупинок цезиевого серебра. С другой стороны слюды нанесен сплошной проводник.

Таким образом, вся пластина представляет собой множество микроскопических конденсаторов, заряд которых пропорционален световому потоку (рисунок 34,а). Считывание заряда осуществляется электронным лучом (рисунок 34,б), сила тока которого пропорциональна току заряда каждого конденсатора, а значит и световому потоку.

Электронный луч обегает кадр построчно. В кадре 625 строк, частота передачи кадра – 50 кадров в секунду.

Давление световых лучей. Падающий на тело луч оказывает на тело давление. Максвелл рассчитал теоретически, что солнечный свет давит на 1 квадратный метр черной поверхности Земли с силой 4,5*10^-6 Н. Русский ученый Лебедев подтвердил эту величину экспериментально.

Рисунок 34. К принципу действия иконоскопа

Сила светового давления на частицы очень малых размеров может превысить действующую на них силу тяжести. Это является одной из причин, под действием которой, хвост комет всегда направлен в строну от Солнца при приближении кометы к Солнцу. Вторая причина – солнечный ветер

Физика атома

Радиоактивность. Опыты Резерфорда.

Планетарная модель атома. Постулаты Бора

 

Английский физик Резерфорд заложил основы учения о радиоактивности и строении атома.

Радиоактивностью называется явление непрерывного излучения ураном без каких-либо внешних воздействий.

Резерфорд поместил радиоактивное излучение в магнитное поле, в результате чего излучение разделилось на 3 части (рисунок 35). Резерфорд установил, что две части излучения являются корпускулярными и назвал их α и β-лучами. β-лучи являются потоком быстро летящих электронов, а α-лучи – поток положительно заряженных частиц, представляющих собой дважды ионизированные атомы гелия.

γ-лучи не отклоняются в магнитном поле и представляют собой очень короткие электромагнитные волны.

Радиоактивное излучение возникает при распаде ядер атомов радиоактивных элементов.

Рисунок 35. Опыт Резерфорда

При распаде ядер радиоактивного изотопа какого-либо элемента образуются ядра изотопов других элементов.

Изотопы – это разновидности одного химического элемента, занимающие одно место в таблице Менделеева, но отличающиеся массами атомов за счет различного числа нейтронов. Так для Не (гелия) число нейтронов может колебаться от 1 до 6.

Для того, чтобы атом одного химического элемента превратился в атом другого элемента должен измениться заряд Z ядра атома. При испускании α-частицы заряд становится (Z-2) (например, из ядер атома радия образуются ядра атомов радона). При испускании β-частицы заряд становится (Z+1).

Правило смещения: При испускании α-частицы химический элемент перемещается в таблице Менделеева на 2 места влево, а при испускании β-частицы – на 1 место вправо.

После испускания α или β-частиц атомное ядро часто оказывается в возбужденном состоянии и, переходя на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние), излучает γ-квант.

Изучая рассеяние α-частиц при прохождении их через вещество, Резерфорд пришел к выводу, что в центре атома существует массивное положительно заряженное ядро. В 1911 году он предложил планетарную модель атома, представляющую собой подобие Солнечной системы: в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра равен числу электронов, находящихся на орбитах.

Модель атома Резерфорда не объясняла существование спектральных линий, т.е. строго определенных длин волн излучения и поглощения атомов. Нельзя было также на ее основе объяснить и устойчивость самого атома.

Датский ученый Нильс Бор развил модель атома Резерфорда, введя идеи квантовой теории в виде 3 постулатов:

1) Электроны могут двигаться вокруг ядра атома только по строго определенным орбитам, соответствующим одному из энергетических уровней атома.

2) Когда электрон движется по одной из разрешенных орбит, атом находится в устойчивом состоянии, т.е. не излучает и не поглощает энергию.

3) Когда электрон перескакивает с одной из дозволенных орбит на другую, более близкую к ядру, атом испускает квант энергии (фотон) в виде излучения, частота которого определяется формулой Планка.

Из постулатов Бора следует, что величина кванта, испускаемого атомом при переходе из одного устойчивого состояния в другое, равна разности энергии атома в этих двух состояниях. Теория Бора с большой точностью объяснила спектр атома водорода и объяснила природу атомных спектров. Впоследствии была создана квантовая механика, включающая в себя теорию Бора как частный случай.