 |
Контрольні питання.. 6.3. Фотоелектричний ефект.
|
|
|
|
Контрольні питання.
1. Чим відрізняються формули, записані для окремих спектральних серій у вигляді співвідношення, запропонованого Бальмером для видимої частини спектра атома водню?
2. Який зміст мають цілі числа n1 i n2 в формулі Бальмера?
3. Які досліди привели до доказу наявності ядра атома і планетарної моделі атома? В чому полягав основний недолік цієї моделі?
4. Сформулювати постулати теорії Бора і пояснити, як розв’язалось основне протиріччя планетарної моделі в такому підході?
5. Які передбачення теорії Бора виявились такими, що відповідають сучасній квантовій фізиці?
6. 
В чому теорія Бора була недосконалою і які припущення в ній були чисто класичними?
7. Які доповнення внесені сучасною квантовою фізикою з врахуванням рішення рівняння Шредінгера в теорію атома водню, розвинуту Бором?
6. 3. Фотоелектричний ефект.
Фотоелектричний ефект (фотоефект) полягає в вибиванні світлом електронів з поверхні світлочутливого покриття катода, який входить в фотоелемент (рис. 6. 5).
Фотоелемент являє собою добре вакуумовану трубку, на електроди якої подається напруга від джерела постійного струму. Якщо катод не освітлений, то всередині фотоелемента коло розірване і стрілка нуль-гальваномера показує відсутність струму. При освітленні катода вибиті з нього електрони прямують до анода, коло замикається і в ньому протікає слабкий фотострум, що відмічається нуль-гальванометром.
Виявлений Герцем фотоефект був детально досліджений Столєтовим, який встановив його основні властивості:
1. Світло вибиває з металевих поверхонь тільки негативні частинки – електрони, максимальна швидкість яких не залежить від інтенсивності світла, а визначається довжиною його хвилі l, з одного боку, і природою металу, з другого.
|
|
|
2. Для кожного металу існує характерна “червона границя” lчер така, що при більш довгих світлових хвилях фотоефект відсутній.
3. Число вибитих електронів пропорційне інтенсивності світла і зразу стає рівним нулю при вимкненні світла, що свідчить про безінерційність фотоефекту.
Початкові спроби з’ясування цих експериментальних фактів з позицій електромагнітної теорії розповсюдження світлових хвиль не досягли успіху. Було очевидно, що довжини хвиль, які викликають фотоефект, дуже малі і в цих умовах повинна проявлятись не стільки хвильова, скільки геометрична (променева) природа розповсюдження світлової енергії. Виходячи з цього припущення і враховуючи гіпотезу квантів Планка, Ейнштейн сформулював закон, який описує фотоефект, у вигляді рівняння балансу енергії для кожного акта співударяння фотона з поверхнею і утворення вільного електрона:
(6. 33)
Енергія фотона, яка передається поверхні катода, залежить від частоти світлової хвилі n і розтрачується на роботу, потрібну для відриву електрона від цієї поверхні, а також на придання електрону декотрої кінетичної енергії.
При заданій величині n два доданки правої частини (6. 33) взаємно пов’язані і, наприклад, мінімальна робота виходу електрона безпосередньо з поверхні катода Аmax , буде визначати його максимальну швидкість і, як наслідок, максимальну кінетичну енергію E 
. Для перевірки такого взаємозв’язку потрібен метод вимірювання, який дозволяє оцінити обидва доданки (пряме вимірювання таких величин, як швидкість електрона ve , певна річ, неможливе – їх неможливо спостерігати навіть за допомогою найпотужніших мікроскопів). Вихід був знайдений в подаванні зворотної за знаком різниці потенціалів (напруги) на електроди фотоелемента. Таким чином, світло вибиває електрони вже не з поверхні катода, а з поверхні анода і під впливом кулонівського тяжіння вони починають вертатися до цього позитивного електрода, що послабляє фотострум. Затримуючий потенціал можна підібрати так, щоб найбільш швидкі з вибитих електронів повернулись до анода і фотострум припинився повністю. При цьому буде виконуватись рівність:
|
|
|
(6. 34)
Зобразивши (6. 33) з врахуванням (6. 34) у вигляді:
eUзат = -А + hn (6. 35)
і змінюючи частоту світла, можна одержати графік вигляду, рис. 6. 6.
В залежності (6. 35) змінною є частота n (або відповідна їй довжина хвилі l = с0/n ), а функцією – Uзат(n), яка зв’язана з максимальною швидкістю вибитих світлом електронів. Прямолінійність графіка підтверджує вигляд рівняння фотоефекта (6. 33), запропонованого Ейнштейном, і дає можливість визначити дослідним шляхом значення сталих величин А (роботи виходу електрона для даного металу) і h (сталої Планка). Найдені Столєтовим характерні особливості фотоефекта 1)-3) повністю відбиті рівнянням Ейнштейна.
|
|
|
