1 Tema 2. Fundamentele opticii cuantice.
3 Bazele optica cuantică, ipoteza cuantică a Planck a condus mai târziu la ideea că lumina este emisă și absorbită în porții individuale - cuante, și au fost confirmate și dezvoltat într-o serie de fenomene: efectul fotoelectric efect fotoelectric) Efectul chimic al luminii efect Compton presiune ușoară
4 fenomen efect fotoelectric extern a fost descoperit de Hertz în 1887, a observat că descărcătorul Depășire scânteie între bile mai ușor în cazul în care una dintre bilele pentru a ilumina razele ultraviolete. Henry Rudolf Hertz (), fizician german
5 Efect fotoelectric extern Efectul fotoelectric sau efectul fotoelectric este fenomenul de ejecție a electronilor din substanțe solide și lichide sub influența luminii. Electronii eliberați de lumină se numesc fotoelectroni
6 Efectul fotoefectului extern Fenomenul depinde nu numai de compoziția chimică a metalului, dar și de starea suprafeței acestuia, astfel încât un tub vid este utilizat pentru a studia efectul fotoelectric.
7 fotoelectrice curent-tensiune curba caracteristică a fotocurentului I a tensiunii U dintre electrozi este numit curent-tensiune efectul fotoelectric caracteristic. Figura: F - flux luminos - curentul saturația - tuturor electronilor emiși de catod ajung la anod - întârziind tensiune (retardare potențial) - tensiunea la care intensitatea curentului este zero, adică nici un electron nu ajunge la anod
8 Contact viteza maximă a fotoelectronilor retardare potențial scrie teorema energiei cinetice, în cazul în care - munca de teren de retardare, și - variația energiei cinetice a photoelectron Apoi, acest lucru ne
9 Legile efectului fotoelectric 1. Legea lui Stoletova: Fotocurentul de saturație este direct proporțional cu fluxul de lumină incidentă Alexander Grigorievich Stoletov () Fizician rus
10 Legile efectului fotoelectric 2. Energia cinetică maximă (deci viteza inițială maximă) a fotoelectronelor pentru un material catodic dat depinde de frecvența luminii și este independentă de intensitatea sa
11 Legile efectului fotoelectric 3. Pentru fiecare substanță există o margine roșie a efectului fotoelectric, adică o astfel de frecvență minimă de lumină v cr, la care efectul fotoelectric este încă posibil. Pentru un material catodic dat, efectul fotoelectric se observă numai atunci când este iradiat cu lumină cu o frecvență ν> ν cr n kr ">
12 Legile efectului fotoelectric Lungimea de undă a limitei roșii a efectului fotoelectric Pentru un material catodic dat, efectul fotoelectric se observă numai atunci când este iradiat cu lumină cu lungimea de undă λ
13 Marginea roșie a metalului photoeffect λ, nm Cesiu 660 Sodiu 500 Zinc372 Argint260 Cesiu pe tungsten 909
Teoria cuantică a efectului fotoelectric extern Din punct de vedere al teoriei undelor, efectul fotoelectric a fost inexplicabil. Dificultățile întâmpinate în interpretarea legilor efectului fotoelectric au ridicat îndoieli cu privire la aplicabilitatea universală a teoriei undei luminii. Ipoteza cuantică Planck a permis în 1905 lui A. Einstein să construiască o teorie cuantică a efectului fotoelectric, pentru care în 1921 a primit Premiul Nobel.
15 Ipoteza lui Einstein Ipoteza lui Einstein: Lumina nu este doar emisă, ci se răspândește și în spațiu și este absorbită de materie sub formă de canale discrete separate de fotoni de radiație electromagnetică. Radiația electromagnetică este fluxul de fotoni, a cărui energie este. Viteza propagării unui foton este egală cu viteza luminii în vid. Albert Einstein () este un strălucit fizician care a pus bazele dezvoltării fizicii moderne.
16 ecuația Einstein pentru efectul fotoelectric incidentul energiei fotonice pe catod este consumat la funcția de lucru de electroni dintr-un metal și un mesaj emis de energie cinetică a electronilor. Prin legea conservării energiei obținem: sau sau Această ecuație este numită ecuația Einstein pentru efectul fotoelectric extern.
17 Ecuația lui Einstein și teoria cuantică ne permite să explicăm prima lege a efectului fotoelectric: Fiecare foton este absorbit de un singur electron, astfel încât numărul de fotoelectroni luate în mod proporțional cu numărul de fotoni absorbite, și anume este proporțională cu intensitatea luminii incidente.
18 ecuația Einstein și teoria cuantică posibilă explicarea a doua lege a efectului fotoelectric: Atunci când o frecvență suficient de mică a energiei cinetice a fotoelectron este egal cu zero și se oprește efectul fotoelectric, adică Marginea roșie a efectului fotoelectric depinde numai de funcția de lucru a electronului din metal, adică de natura chimică a substanței și de starea suprafeței acesteia.
Funcția de lucru a electronilor din metal. Metal Out, ieșirea EVA. J Kaliy2,23,5 Litiu 2,33,7 Sodiu 2,54,0 Platină 6,310,1 Argintiu 4,77,5 Zinc 4,06,4
Teoria cuantică și ecuația 20 Einstein ne permite să explicăm a treia lege a efectului fotoelectric: Energia cinetică maximă a fotoelectronilor pentru materialul de catod depinde de frecvența luminii și nu depinde de intensitatea
21 Ecuația lui Einstein și teoria cuantică ne permite să explicăm a patra lege a efectului fotoelectric: efectul fotoelectric, fără inerție, deoarece transferul de energie în coliziunea unui foton cu un electron este aproape instantaneu.
22 Photoeffect multiphoton Atunci când un electron primește energie de la un singur foton, astfel de procese se numesc un singur foton. La o intensitate foarte mare a luminii, se observă un efect fotoelectric multipoton, în timpul căruia un electron emis de un metal primește energie de la N fotoni (N = 2, 3, 4, 5). Formula Einstein pentru efectul fotoelectric multiphoton ia forma:
23 Verificarea experimentală a teoriei cuantice a lui Einstein în 1916, Milliken a creat un dispozitiv prin care măsoară funcția de lucru, a investigat dependența frecvenței luminii cu mare precizie, măsurată taxa de electroni, și experimental verificat teoria cuantică a efectului fotoelectric și de a determina valoarea numerică a constantei Planck. Robert Andrews Milliken () Fizician american, câștigător al Premiului Nobel.
24 Verificarea experimentală a teoriei cuantice Einstein Din formulele de mai sus rezultă că tensiunea de blocare este o funcție liniară a frecvenței luminii incidente. Punctul de intersecție a liniei drepte cu axa absciselor indică valoarea frecvenței de întrerupere. De aici puteți găsi lucrarea de ieșire Tangenta pantei drepte vă permite să determinați constanta Planck
25 Verificarea experimentală a teoriei cuantice Einstein Îmbunătățirea în continuare a tehnicii de studiere a efectului fotoelectric a fost efectuată în 1928 de P.I. Lukirsky și S.S. Prilezhaeva. Lukirsky Petr Ivanovich (), un fizician sovietic. Prilezhaev Serghei Serghei (), un fizician sovietic.
26 Fenomenele fotoelectrice și aplicațiile lor Aplicațiile fenomenelor fotovoltaice s-au găsit într-o largă aplicație în tehnologie: Cinema sonoră Televiziune Viziune în întuneric
27 Feluri fotoelectric În funcție de soarta electronilor absorbiți de fotoni, există trei tipuri principale de efect fotoelectric: In metale - PhotoEffect extern In dielectrici si semiconductori - efectul fotoelectric intern asupra metalului - regiunea semiconductor sau p-n PhotoEffect supapă de tranziție
28 Photocells Instrumentele care utilizează un efect fotoelectric pentru a converti energia radiației în radiații electrice se numesc fotocelule. Celulele foto sunt de diferite tipuri: fotocelule cu vid fotocelule cu gaze foto multiplicatoare fotoelectronice fotorezistoare (fotorezistoare)
29 Masa unui foton Energia unui foton Din formula pentru interrelația dintre masă și energie în SRT, obținem de aici masa unui foton. Un foton nu are o masă de odihnă, adică nu există fotoni de odihnă
30 Momentul fotonilor Momentul de foton și energia sa sunt legate de relația dintre ele atunci impulsul fotonului este egal cu sau Dacă se introduce numărul de val, atunci direcția impulsului coincide cu direcția propagării luminii
32 În 1900, Lebedev a descoperit și măsurat presiunea luminii asupra solidelor. Lebedev Petr Nikolaevich (), fizician rus, creator al primei școli științifice rusești de fizicieni
33 Efectul Compton și teoria sa în 1923, Compton, examinarea imprastiere de raze X cu diferite substanțe, găsit în raze împrăștiate, împreună cu lungimea de undă de emisie a lambda original, conține, de asemenea, o durată mai lungă raze lungime de undă λ. Diferența a fost numai depinde de unghiul și nu depinde de lungime de undă X și natura substanței imprastiere. Compton Arthur Holly (), fizician american
34 efect Compton și efectul Compton teoria se numește împrăștierea elastică a radiației electromagnetice de undă scurtă (γ - radiație, cu raze X) pe (cuplat sau slab) liber substanță electroni însoțită de o creștere a lungimii de undă.
35 efect Compton și teoria sa efectul Compton este explicată pe baza conceptului cuantic: un proces de fotoni coliziune elastice cu impuls și energie, cu repaus electron liber (energia de repaus) la care foton trece o parte din energia și impulsul ei schimbă direcția de mișcare (disipeaza ). Scăderea energiei fotonului înseamnă de asemenea o creștere a lungimii de undă a radiației împrăștiate.
36 Efectul Compton și teoria lui Lăsați energia și impulsul fotonului dispersate și de electroni sunt deja în repaus, dobândește un impuls și energie Astfel, legile de conservare a energiei și a impulsului în sistemul de radiații veschestvo-, care pot fi considerate izolate. Legea conservării energiei Legea conservării impulsului
37 Efectul Compton și teoria sa conform figurii, sau ((1) Scriem legea de conservare a energiei sub formă de divide partea stângă și partea dreaptă de cu, sau obține Vozvedom la stânga și dreapta pătrat face schimbarea de la get (2)
38 Efectul Compton și teoria lui de exprimare (2) se scade din expresia (1) (2) (1) să primească sau să înlocuiască un rezultat Având în vedere că și pentru a obține în schimb sau
39 Efectul Compton și teoria sa Schimbarea lungimii de undă a fotonului (formula lui Compton), unde este lungimea de undă a radiației monocromatice primare, este lungimea de undă împrăștiată la un unghi θ față de direcția inițială de radiație.
40 efect Compton și teoria sa rezultă din formula de comun acord cu experiența pe care creșterea lungimii de undă în efectul Compton depinde numai de unghiul de dispersie. Cantitatea se numește lungimea de undă Compton, lungimea de undă Compton pentru un electron este
41 Efectul Compton și teoria sa Electronul care, în efectul Compton, obține impulsul și energia E se numește electronul de recul. Energia cinetică a electronului de recul, așa cum rezultă din legea conservării energiei, este egală cu diferența dintre energia fotonului incident și energia fotonului împrăștiat. Cea mai mare energie cinetică este obținută prin electronul de recul la
42 Efectul Compton și teoria sa Dacă un electron este puternic cuplat cu un atom, fotonul schimbă energia și impulsul cu atomul ca întreg, masa atomului este mult mai mare decât masa electronului, atunci o fracție nesemnificativă a energiei fotonice este transferată la atom, adică în acest caz și practic nu diferă.
43 Efectul Compton și teoria sa Efectul Compton este observat nu numai pe electroni, ci și pe alte particule, de exemplu, protoni, masa protonului este mare, atunci efectul este vizibil numai atunci când fotoni de energie foarte mare sunt împrăștiați.
44 dualitate undă-particulă de lumină Studiind fenomenele fizicii optice ajuns la concluzia că lumina reprezintă propagarea undelor electromagnetice. pentru că este proprietățile undelor care explică astfel de fenomene ca dispersia luminii de difracție a luminii de interferență a luminii
Dualitatea de lumină corupă-lumină Pe de altă parte, au fost descoperite fenomene care pot fi explicate numai pe baza conceptelor de lumină ca un flux de particule. Acestea sunt fenomene cum ar fi efectul de radiație termică fotoelectrică, efect de presiune ușoară Compton
46 Dualitatea luminii corpustice a luminii Dezvoltarea teoriei cuantice a luminii a dus la stabilirea conceptelor de masă fotonică și moment. Pentru puls foton urmând relații care indică relația dintre caracteristicile de undă ale luminii (λ, ν) cu valorile (m, p), este o caracteristică a particulei. În acest sens, este exprimat dualismul, dualitatea luminii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: