ФОТОНИ. ОБЯСНЕНИЕ НА ФОТОЕФЕКТА.

Човекът, който промени света – Алберт Айнщайн.
Главни заслуги:
Създаване на теорията на относителността, свързана с нови представи за времето, пространството, гравитацията и еквива-лентността на маса и енергия (Е = m.c2).
Всеобща теория на полето (недовършена).
Принос в развитието на квантовата теория.
За обяснението на фотоефекта Айнщайн получава нобелова награда по Физика през 1921г.
Айнщайн посвещава целия си живот на хуманизма и борбата с насилието, въпреки че до края на живота си се чувства виновен за трагедията над Хирошима и Нагасаки.
Алберт Аинщайн, един от най-големите физици на всички епохи, е роден на 14.03.1879г. В началото на април 1955г. здравето на Айнщайн рязко се влошило и той починал на 18.04.1955г.

1. Възникване на квантовата идея.
През 1900г. Макс Планк обяснява спектъра на излъчване на абсолютно черно тяло. Той допуснал, че изпускането на електромагнитните вълни става на отделни порции «кванти», а не непрекъснато.
Според Планк енергията на един квант е Е = h.ν. (h - константа на Планк, h= 6,63.10-34 J.s)
През 1905г. Айнщайн доразвива хипотезата на Макс Планк, като стига до извода, че светлината не само се излъчва на кванти, но също така се поглъща на кванти. Айнщайн нарича квантите с ново име, ФОТОНИ, което остава във Физиката и до днес.

2.Фотони.
Фотоните са особен вид частици, които винаги се движат със скоростта на светлината. Поток монохроматична светлина представлява поток от еднакви фотони. Те имат двойнствена природа –проявяват се и като вълни, и като частици.
Свойства на вълна, c=λ.ν.
Фотоните имат честота “ν” на вълната.
Фотоните имат дължина “λ” на вълната.
Свойства на частица, Е=h.ν.
Фотоните имат точно определени енергия.
Излъчват се и се поглъщат само цели фотони.

3. Уравнение на Айнщайн за фотоефекта.
А) Отделителна работа на метал.
Минималната работа, която трябва да извърши всеки свободен електрон, за да напусне повърхността на метала, се нарича отделителна работа (Ае) за съответния метал.
Тази работа зависи от вида на метала и от чистотата на неговата повърхност.
Повърхностна бариера
h.ν = Ae+Ek,max

Уравнение на Айнщайн за фотоефекта h.ν = Ae+Ek,max
От уравнението на Айнщайн следва, че Ek, max=h.ν -Ae , т.е. електроните, които извършват минимална работа, напускат метала с максимална кинетична енергия.
Б) Кинетична енергия

3. Обяснение на законите на фотоефекта.
А) Обяснение на първия закон.
Защо броят на отделените за единица време електрони е правопропорционален на интензитета на монохроматичната светлина?
Броят на фотоните, които попадат за единица време върху единица площ от металната повърхност е правопропорционален на интензитета на светлината. Т.е. по-голям интензитет на светлината, означава по-голям брой фотони, а това означава по-голям брой избити електрони.

Б) Обяснение на втория закон.
Защо съществува червена граница?
Ако h.ν , то фотоефект не се наблюдава. Минималната енергия, която трябва да притежава един фотон, за да избие електрон е h.νmin=Ae .
Следователно или

В) Обяснение на третия закон.
От уравнението на Айнщайн следва, че Ek, max=h.ν -Ae. От това уравнение следва още, че Ek, max (ν) е линейна функция на честотата, което обяснява експериментално получената зависимост.
Защо максималната кинетична енергия (Ek, max) на електроните не зависи от интензитета на падащата монохроматична светлина?