Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
- ком'насыш.ения называется ток, который'не зависит от приложенного напряжения. Нужно отметить, что фэтоток наблюдается даже когда нет источника тока в цепи. Если металлическая пластинка соединена с положительным полюсом батареи, то, начиная с некоторого минимального напряжения, называемого задерживающим потенциалом, ток в цепи отсутствует.
При тщательном изучении фотоэлектрического эффекта установлены следующие его закономерности.
1) Сила фэтотока (тока насыщения), возникающего при освещении монохроматическим светом (а следовательно, и число фотоэлектронов) пропорциональна интенсивности света, падающего на фотокатод.
'2) Скорость фотоэлектронов возрастает с увеличением частоты света, падающего на фотокатод, и не зависит от интенсивности света.
3) Для каждого вещества существует свет вполне определенной максимальной длины волны, при которой еще происходит явление фотоэффекта. Граничная длина волны носит название красной границы фотоэффекта (название обусловлено тем, что это длинноволновая граница).
4) Фотоэлектрический эффект наступает мгновенно после включения света.
Такие свойства фотоэлектрического эффекта привели ученых к заключению, что свет представляет собой поток отдельных частиц; они были названы квантами света, илн фотонами. Энергия фотона paana_fty, где А—так называемая постоянная Планка; h = 6,62 X X 10 31 дж ¦ сек, а V — частота света.
Частота v связана с длиной волны следующим образом: v =¦
с
= -J- , где с — скорость света.
Законы фотоэффекта могут быть объяснены на основе представлений о квантах света. Энергия падающего кванта монохроматического света Avl согласно закону сохранения энергии, расходуется на работу вырывания электрона из вещества Ли на сообщение электрону кинетической энергии —¦ , гдет—масса электрона, а в—его скорость, т. е.
Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для фотозффекта. Оно хорошо объясняет все законы фотоэффекта.
Действительно,- за счет энергии кванта света вырывается лишь один электрон, поэтому с увеличением светового потока, падающего' на металл, соответственно увеличивается число выбитых электронов, так как с увеличением светового потока возрастает число квантов света, падаіощих на металл.
Если энергия падающего кванта In меньше работы А, которую нужно затратить, чтобы вырвать электрон из вещества, то фотоэффект не будет наблюдаться. Пользуясь формулой Эйнштейна, можно найти наименьшую частоту ч, при которой еще возможен фотоэффект, а по частоте можно вычислить и красную границу фотоэффекта, так
как-*, связана- с частотой v соотношением X= —, т. е. Avmin= Л;
А
vTOin = -J- > откуда
і с с h >шах=—= ЛЛ-
302
Из формулы Эйнштейна следует, что .кинетическая энергия вырванного светом электрона, а следовательно, и его скорость зависят лишь от частоты света. Обычно работу выхода выражают в электрон-вольтах (1 эв = 1,6 • 10-и дж).
Рассмотренный нами фотоэффект называется внешним. Наряду с внешним фотоэффектом существует так называемый внутренний фотоэффект, при котором освободившийся электрон остается в пределах вещества. Ряд полупроводников благодаря внутреннему фотоэффекту увеличивает свою электропроводность. Тела, увеличивающие электропроводность прн воздействии на них света, называются фотопроводниками, или фотосопротивлениями. К фотопроводникам, в частности, относятся селен, цинковая обманка и др.
Задача 1. Сколько квантов излучения падает за /=15се/с на поверхность площадью S — 10 см2, если она облучается потоком гамма-лучей с длиной волны X = IO-18 см, мощность которого на
1 см2 составляет N = 0,002 end
Решение. Количество квантов излучения равно отношению энергии излучения, падающего на поверхность тела, к энергии од-W
ного кванта излучения, т. е. п = —. Энергия излучения, падающего иа поверхность тела, равна W = NSt. Энергия кванта излучения е — с= Av = Следовательно.
Ответ.' Н» поверхность падает 1,5 ¦ 10’° квантов.
Задача 2. Определить красную . границу фотоэффекта для калия, если работа выхода электрона из калия А = 2,2 эв.
Решение. Для красной границы фотоэффекта уравнение Эйнштейна имеет вид: Ztve = А. Выразив м0 через >0. получим А = у ; отсюда
Ответ. Красная граница фотоэффекта соответствует длине волны 560 нм.
Задача 3. Какую наименьшую разность потенциалов нужно приложить между катодом и анодом (рис. 150), чтобы полностью затормозить фотоэлектроны, вылетающие из катода при освещении его лучамн с длиной волны X = 200 нм, если работа выхода A = 4 яв?
Решение. Чтобы фотоэлектроны не достигали анода, нужно между катодом и анодом приложить разность потенциалов, при ко-
¦303
торой работа, совершаемая во время перемещения фотоэлектронов о» ^ катода к аноду против электрических сил, была бы равна кинети* , ческой энергии, приобретаемой электронами при вылетании их из,.! катода, т. е. eV — —-, где е — заряд электрона, U —- разность полги2
тенЦиаЛов между анодом и катодом, ------------кинетическая энергия
электрона. При этом потенциал анода должен быть отрицательвым, так как электрон имеет отрицательный заряд. Отсюда находим U = _ тхР ~ 2е ’
