Фотоэлектрические явления

при внутреннем фотоэффекте – электроны остаются в веществе, но переходят на более высокие энергетические уровни
(фотопроводимость, фотоЭДС,
фотодиэлектрический эффект).

Г.Герц (1887): проскакивание
искры между электродами разрядника облегчается при освещении УФ - светом.
А.Г.Столетов (1888-1889), Ф. Ленард (1899-1902): при освещении металла теряются электроны, их энергия пропорциональна частоте, не зависит от интенсивности света.

Р. Милликен (1916) эксперимен-
тально определил постоянную
Планка.
П.И.Лукирский, C.C.Прилежаев
(1928-1937) создали сурьмяно-цезиевый фотокатод.
Л.А.Кубецкий (1934) создал многокаскадный ФЭУ.

К источнику
Вакуумный фотодиод
величина фототока при ;
напряжение, при котором электроны
не достигают анода.
- напряжение между А и К фотодиода, при котором вели-чина фототока достигает ;

К источнику
определяет максимальное число электронов, достигших А за единицу времени :
освещенность К , пропорциональна интенсивности
света .

Законы внешнего фотоэффекта
Число электронов, испускаемых в единицу времени (сила фототока в режиме насыщения) пропорциональ-но интенсивности света (закон Столетова).
Для каждого вещества при опреде-ленном состоянии его поверхности существует “красная граница” , при которой еще возможен фотоэффект.

Максимальная начальная
скорость фотоэлектронов определяется частотой излучения
и не зависит от его интенсивности (закон Эйнштейна).
-0,5 0 0,5
1
Из опытов Лукирского
и Прилежаева:

Уравнение Эйнштейна
1905г.
Предложена квантовая теория , в которой э/м излучение не только испускается, но и распространяется и поглощается квантами . Фотоэффект – результат взаимодей-ствия фотона и электрона вещества:

максимальная
энергия фотона;
А – работа выхода электрона с
поверхности вещества, определяет
«границу» фотоэффекта:
кинетическая энергия электрона.

и “граница” фотоэффекта для данного вещества изменяется
При использовании мощных
лазеров энергия фотона
передается нескольким электронам

фотон - квант энергии электромагнитного излучения
( квазичастица)
энергия фотона;
импульс фотона
масса фотона;
1926г.
связь энергии и импульса , возможна лишь для частиц, у которых масса покоя равна нулю.

Пусть фотон сталкивается с покоящимся свободным электроном. Энергия покоя электрона его импульс равен нулю. Система замкнута, выполняются ЗСЭ и ЗСИ :
Может ли фотон отдать всю энергию свободному электрону?

где
С учетом оба равенства не могут выполняться одновременно при произвольных значениях , отличных от 0 и .

Эффект Комптона
(1922г.)
С увеличением частоты излучения фотоэлектрическое поглощение веществом уменьшается, ему на смену приходит рассеяние фотонов на слабо связанных электронах. Комптон обнаружил это явление при рассеянии РЛ на парафине.

Схема эксперимента Комптона

Спектры рассеянного излучения

- при рассеянии
фотона на слабо связанном электроне.
(1)

Диаграмма импульсов при упругом рассеянии фотона на покоящемся электроне

При рассеянии “энергичных” фотонов на “почти” свободных электронах выполняются ЗСИ и ЗСЭ: и - импульс и энергия фотона до рассеяния;
и - импульс и энергия фотона после рассеяния;
(2)

и - энергия покоящегося электрона и полная энергия электрона отдачи.
- импульс электрона отдачи ;
Кинетическая энергия электрона
отдачи
Решение системы (2) - уравнение (1).
так как

Двойственная корпускулярно – волновая природа электромагнитного
излучения:
оно одновременно обладает
свойствами непрерывных
электромагнитных волн и
свойствами дискретных
фотонов.
Это диалектическое единство проти-
воположных свойств, проявляющих
определенную закономерность.