Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 8
где N — число столкновений электрона с фотонами.
Длинноволновая граница фотоэффекта существует по-прежнему, но граничная частота определяется выражением vo = A/(hN), т. е. уменьшается в N раз по сравнению с однофотонным эффектом. Наблюдению такого многофотонного нелинейного эффекта длительное время препятствовало нагревание металла при лазерном освещении. Оно сопровождается термоэлектронной эмиссией, для которой, разумеется, длинноволновая граница не существует. Маскирующее влияние термоэлектронной эмиссии удалось устранить почти полностью применением сверхкоротких импульсов
лазерного излучения длительностью 10~и — 10-12 с. Аналогично действует скользящее освещение фотокатода (угол падения «85°). Таким путем длинноволновая граница многофотонного фотоэффекта надежно зафиксирована при N = 2, 3, 4, 5 для
Рис. 9
24
КВАНТЫ СВЕТА
[ГЛ. I
различных металлов (Na, Ag, Au и пр.), а также полупроводников при изменении интенсивности света от 0,1 до 103 МВт. А исследование влияния поляризации света и угла падения на ток насыщения позволило установить, что многофотонный фотоэффект вызывается исключительно составляющей электрического поля, нормальной к поверхности катода.
10. В заключение кратко остановимся на внутреннем фотоэффекте и на применениях фотоэффекта. Внутренний фотоэффект может происходить в полупроводниках и диэлектриках. Под действием света часть электронов из валентной энергетической зоны переходит в зону проводимости (см. т. III, § 100). Концентрация носителей тока внутри тела увеличивается — возникает фотопроводимость, т. е. повышение электрической проводимости тела под действием света. Перераспределение электронов по различным энергетическим состояниям может привести также к изменению внутреннего электрического поля в кристалле. Это ведет к появлению электродвижущей силы (фото-эдс) на границах двух различных полупроводников или полупроводника и металла при их осбещении. Около границы образуется переходный слой, пропускающий ток только в одном направлении, т. е. обладающий вентильными свойствами (см. т. III, § 100).
Фотоэффект (как внешний, так и внутренний) используется в фотоэлектронных приборах, получивших разнообразные применения в науке и технике (в телевидении, космической технике и т. д.). Нашли широкое применение фотоэлементы с внешним фотоэффектом, т. е. двухэлектродные приборы, в которых падающая на поверхность катода лучистая энергия при внешнем приложенном напряжении между электродами превращается в энергию электрического тока. Электрическое сопротивление полупроводников падает при освещении; это используется для устройства фотосопротивлений. Возникновение фото-эдс при освещении приконтактной области двух различных соприкасающихся полупроводников используется в фотодиодах для непосредственного превращения лучистой энергии в электрическую. Фотоэлектронные умножители (см. т. III, § 103), усиливающие первоначальный фототок во много раз, позволяют регистрировать очень слабое излучение, вплоть до отдельных квантов.
ЗАДАЧИ
1. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из никелевого электрода, освещаемого ультрафиолетовым светом с длиной волны К = 220 нм. Работа выхода электрона из никеля А = 4,84 эВ.
Ответ, ^макс = с = км/с.
2. Найти число электронов N, вырываемых светом в одну секунду из катода вакуумного фотоэлемента, если ток насыщения, протекающий через него при освещении, равен / = 5-Ю-10 А.
О г в е т. N = lie = 3,1 • 109 с-1.
ЭФФЕКТ КОМПТОНА
25
3. Вычислить длину волны X для длинноволновой границы фотоэффекта на цинке, если работа выхода электрона из цинка А = 3,74 эВ.
Ответ. X = hc/A = 330 нм.
4. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении цезиевого электрода монохроматическим светом оказалась равной <Умакс = = 0,15 эВ. Вычислить длину волны к света, применявшегося при освещении, если работа выхода электрона из цезия А = 1,89 эВ.
Ответ. X — Не/(8 „акс + А) = 600 нм.
5. Уединенный медный шарик облучается ультрафиолетовым светом с длиной волны л = 200 нм. До какого максимального потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона из меди А = 4,47 эВ?
Ответ. V = ---d. — і 04 В.
е
6. При каких длинах волн X облучающего света шарик в условиях предыдущей задачи заряжаться не будет?
Ответ. X ^ hc/X = 274 нм.
7. Вакуумный фотоэлемент с катодом из молибдена освещается монохроматическим светом с длиной волны X = 250 нм. При наложении задерживающей разности потенциалов фототок уменьшается и обращается в нуль, когда она достигает значения V = 1,8 В. Определить внешнюю контактную разность потенциалов между молибденом и материалом анода, если работа выхода электрона из молибдена А = 4,27 эВ.
Ответ. Vc = -------у — — 1 40 В
е
Отрицательный знак означает, что при контакте молибдена с материалом анода потенциал молибдена окажется ниже.
8. Определить наибольшую скорость электронов v на аноде рентгеновской трубки, если минимальная длина волны сплошного рентгеновского излучения составляет X — 0,1 нм.
О т в е т. v — Щт^Х = 7,3-103 км/с.
