Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
2фі = /.у-Л, или hv = ^f^-\-A.
3°. Уравнение Эйнштейна объясняет все законы внешнего фотоэффекта (п. Г). Так, vKmi зависит только от частоты света V и работы выхода.
Внешний фотоэффект возможен лишь при условии ftV<i.->-4. Красная граница фотоэффекта vim„~Aih или ?.М4КС—f/j-''Л зависит только от величины работы выхода этектронз, т. е. от химической природы металла и состояния его поверхности. Общее число п фотоэлектронов, вылетающих из катода за единицу времени, прямо пропорционально числу фотонов п', падающих за это время на поверхность катода. В свою очередь для катода, равномер-
*) Поглощение фотона положительны=.! ионом б кристаллической решетке металла (11.1.6.5°) приведет не к фотоэффекту, а к другим явлениям, которые здесь не рассматриваются.
5.4. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФОТОЭФФЕКТА
413
но освещаемого монохроматическим светом, п прямо пропорционально освещенности Е.
4°. На основании V.5.2.40 и закона красной границы уравнение Эйнштейна принимает вид
2 :
-eUa = h(v—vm).
eUs,s8
У -Zn
У
/г 4
Экспериментальной проверкой правильности уравнения Эйнштейна и квантового объяснения фотоэффекта явилось определение постоянной Планка h из последнего уравнения. Из него следует линейная зависимость между величиной el)s и частотой v света. На рис. V.5.3 приъедены экспериментальные прямые, выражающие зависимость eU3 от частоты v для фотоэффекта на нескольких металлах. По углу между прямыми и осью абсцисс определяется значение h, именно Zi= = tga-?, где к— соотношение
размерных величин, принятых за единицы масштаба по осям eil?, и V (1.1.3.5е).
Значение /г, полученное из экспериментов по фотоэффекту, совпадает с тем значением, которое получено для этой величины из законов теплового излучения (V.3.2.3е): /1-6,625-10"34 Дж-с.
1,1
Рис. V.5.3
5.4. Некоторые применения фотоэффекта
1°. Фотоэлементами называются приборы, основанные на использовании явления фотоэффекта. Схема фотоэлемента, приведена на рис. V.5.4. Светочувствительный слой наносится на большую часть внутренней поверхности стеклянного баллона, вакуумного или наполненного инертным газом, и служит катодом К- Через окошко В свет поступает в баллон. Анодом А служит проволочное кольцо или диск. Кольцо соединено с положительным полюсом батареи Б, а светочувствительный слой через гальванометр G — с отрицательным ее полюсом. При освещении катода таким источником света, в спектральном составе излучения которого присутствуют частоты, удовлетворяющие условию красной границы (V.5.3.30), в цепи появится ток.
414
отдел v. гл. 5. квантовая оптика
2°. Фотореле называется прибор автоматического управления различными установками, использующий способность фотоэлемента практически мгновенно реагировать на световое воздействие или его изменение. Фотореле работает либо при попадании света на фотоэлемент, либо при прекращении освещения фотоэлемента.
3°. Внутренний фотоэффект в полупроводниках приводит к появлению в нем электронов или дырок (111.3.11.5°) и называется фотопроводимостью. На явлении фотопроводимости основано устройство приборов, называемых фотосопротивлениями, и фотоэлементов с внутренним фотоэффектом.
4°. Простейшее фотосопротивление представляет собой пластинку изолятора, на которую нанесен тонкий слой полупроводника. При освещении пластинки возникает фотопроводимость и в цепи фотосопротивления идет ток. Фотосопротивления применяются в звуковом кино, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике.
Фотосопротивления позволяют на расстоянии автоматически обнаружить нарушения нормального хода различных производственных процессов и останавливать в этих случаях процессы. При нарушениях нормального хода процесса может измениться световой поток (V.l.6.2°), попадающий на фотоэлемент, и при этом меняется сила фототока и изменяется ход всего процесса.
Фотосопротивления применяются для сортировки массовых изделий по их размерам и окраске. Пучок света падает на фотоэлемент, отразившись от сортируемых изделий, которые непрерывно подаются на конвейер. Окраска изделия или его размер определяют световой поток, попадающий на фотоэлемент, и силу фототока. В зависимости от силы фототока автоматически производится сортировка изделий.
5°. На рис. V.5.5 изображена схема устройства фотоэлемента с запирающим слоем (вентильный фотоэлемент). Две соприкасающиеся друг с другом пластинки, изготовленные из металла и его окиси (полупроводник), покрыты сверху тонким прозрачным слоем металла. Пограничный
5.5. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА
415
слои между металлом и его окисью имеет одностороннюю электропроводность — электроны могут проходить лишь в направлении от окиси металла к металлу. Поток электронов, идущий в этом направлении, создается под действием света без всякого внешнего напряжения. Вентильный фотоэлемент непосредственно превращает энергию световой волны в энергию электрического тока, т. е. является источником тока. На этом принципе основано
действие солнечных батарей, которые устанавливаются на космических кораблях.
Прозрачный слои
Опись металла ШщпробокиЩ
