Определение
Определение: фотоэффект – это вырывание электронов из металла под действием падающего света.
Вырванные электроны называются «фотоэлектронами».
Законы фотоэффекта
а) Скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света.
б) Число фотоэлектронов пропорционально интенсивности падающего света.
Вольт-амперная характеристика
I_{нас} – ток насыщения;
U_{з} – задерживающее или запирающее напряжение.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
E_{ф} – энергия падающего фотона, т.е. частицы света
\nu – частота падающего света
\nu=\frac{1}{T}, где T – период
h – постоянная Планка
A_{вых} – работа выхода электрона из металла, т.е. работа, которую необходимо совершить, чтобы вырвать электрон из вещества
Кинетическая энергия фотоэлектрона:
v_{e} – скорость фотоэлектрона;
m_{e} – масса электрона
Красная граница фотоэффекта
Минимальная частота, при которой возможен фотоэффект:
v_{кр} – красная граница по частоте;
\lambda – длина волны света
Cвязь между частотой и длиной волны:
c – скорость света в вакууме
\lambda_{кр} – красная граница по длине волны
Задерживающее напряжение
Определение: Задерживающее напряжение – это напряжение обратной полярности, при котором все электроны возвращаются назад на тот электрод, с которого были вырваны.
Это происходит, когда работа поля по возращению электронов становится равной кинетической энергии:
Подставим это выражение в уравнение Эйнштейна:
С другой стороны:
I – сила тока;
q_{0} – заряд носителя электричества;
Концентрация носителей:
v – скорость дрейфа, т.е. направленного движения частиц;
S – площадь поперечного сечения проводника
При увеличении частоты скорость фотоэлектронов растет \Rightarrow растет задерживающее напряжение.
При увеличении интенсивности света растет концентрация электронов \Rightarrow растет ток насыщения.
Энергия и импульс фотона
Масса фотона:
Замечание: Фотоны не имеют массы покоя. Рождаясь, они приобретают скорость c.
Импульс фотона:
Корпускулярно-волновой дуализм
Определение: Корпускулярно-волновой дуализм – это двойственность свойств элементарных частиц: они одновременно обладают свойствами частиц и волн.
Длина волны де Бройля
Длину волны можно определить для любой частицы.
Импульс частицы:
Длина волны де Бройля:
p – импульс частицы.