Фотоэлектрический эффект

Фотоэлектрический эффект.
Эффект Комптона
•
•
•
Цель:
характерные
Изучить
свойства
явлений.
Убедиться, что классическая физика не
пригодна для их описания.
Объяснить
закономерности
фотоэффекта
и
рассеяния
электромагнитных волн с малой
длиной волны с позиций квантовой
теории.
План
• Открытие фотоэффекта.
• Объяснения
закономерностей
на
основе
волновой
и
квантовой природы света.
• Уравнение
Эйнштейна.
Красная
граница
фотоэффекта.
• Применение фотоэффекта
в науке и технике.
• Применение
законов
фотоэффекта к решению
типовой задачи.
• Эксперимент А.Комптона.
• Эффект
Комптона
на
основе
квантовых
представлений
• Основные формулы.
• Применение
эффекта
Комптона.
• Решение
задачи
на
комптоновское рассеяние.
Г.Герц
Открытие фотоэффекта
началось с наблюдения
Г.Герца (1887г.):
электрический пробой
воздуха происходит при
меньшем напряжении,
если освещать шары
разрядника
ультрафиолетовым
излучением.
Столетов Александр Григорьевич
•
•
•
•
•
•
•
Дата рождения: 29 июля (10 августа)
1839(18390810)
Место рождения: Владимир
Дата смерти: 15 (27) мая 1896
Место смерти: Москва
Гражданство: Российская империя
Научная сфера: физика
Место работы: Московский
государственный университет имени М.
В. Ломоносова
• А.Г.Столетов
подверг
фотоэффект систематическому
экспериментальному
исследованию и установил
ряд закономерностей этого
явления
Установка для наблюдения
фотоэффекта
Диаграмма
ВАХ
ВАХ
Красная граница фотоэффекта
Фотоэлектрический элемент
• 1 – свет (фотоны)
• 2 – фронтальный
контакт
• 3 – негативный
слой
• 4 – слой p-n
перехода
• 5 – позитивный
слой
• 6 – задний контакт
Применение
1
Фототок
7
Электрон, вырванный светом из катода
2
Фотоэлектрон
8
Максимальное значение фототока
3
Фототок насыщения
9
Минимальная частота света, ниже которой
фотоэффект не наблюдается
4
Задерживающее напряжение
10
Движение вырванных светом из катода
электронов
5
Красная граница
фотоэффекта
11
Минимальная работа, которую нужно
совершить для выхода электрона из
вещества
6
Работа выхода
12
Напряжение, при котором величина
фототока равна нулю
Задача
• Вольфрам, работа выхода электронов
из которого равна Авых. = 4,54 эВ,
облучается фотонами с энергией
Еγ = 12 эВ. Найти задерживающую
разность
потенциалов
для
фотоэлектронов,
вылетающих
из
вольфрама.
А.Комптон
• исследовал
рассеяние
рентгеновских
лучей на
мишенях из
различных
материалов.
Артур Холли
КОМПТОН
Arthur Holly
Compton,
1892–1962
Американский физик. Родился в Вустере, штат Огайо
(Wooster, Ohio), в семье профессора философии. В
1916 году окончил Принстонский университет. В первые
годы после окончания университета работал в частной
промышленной лаборатории, где участвовал в создании
первых ламп дневного света. Вернувшись к
академическим исследованиям, большую часть времени
проработал в Чикагском университете, где в 1923 году
стал профессором физики. За открытие и объяснение
эффекта Комптона он был удостоен Нобелевской премии
по физике за 1927 год. Во время Второй мировой войны
Комптон руководил металлургической лабораторией при
Чикагском университете, участвовавшей в работе по
созданию «уранового котла» в рамках Манхэттенского
проекта. После окончания Второй мировой войны
Комптон много своего времени стал уделять
общественно-политической деятельности.
Расчет эффекта Комптона
Основные формулы по эффекту
Комптона
Модуль импульса рассеянного фотона
p' = p/[1 + (p/m₀c)(1 - cosΘ)].
Изменение длины волны рассеянного фотона
λ' - λ = (h/mоc)(1 - cosΘ).
Величина h/moc называется комптоновской
длиной волны электрона, ее численное
значение равно h/moc = 2.4263096(15) ·10-12 м.
Это длина волны фотона с энергией, равной moc2
- энергии покоя электрона.
Задача
• Какова была длина волны λо рентгеновского
излучения, если при комптоновском
рассеянии этого излучения графитом под
углом 60о длина волны рассеянного
излучения оказалась равной λ = 25,4 пм.
Комптоновская длина волны электрона
λс = 2,42627 ∙ 10-12 м.