Фотоэффект.

Лекция № 12.

Помощь человеку, пораженному электрическим током.

Эксплуатация установок.

По условиям техники безопасности делятся на две части:

– оперативное обслуживание;

– производство работ (трудоемкие работы).

Все работы производят при выполнении следующих условий:

– на работу должно быть выдано уполномоченным на это лицам;

– работу должны производить, как правило, не меньше чем, два лица;

– должны быть организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность персонала.

При попадании человека под действие электротока, в первую очередь его надо освободить от такого действия: отключить электропитание, перерубить провод токоизолированным инструментом, оттянуть человека от токоведущей части за одежду. Далее в зависимости от состояния пострадавшего: при отсутствии сознания, но с сохранившимся дыханием приводят человека в сознание; при отсутствии дыхания – делают искусственное дыхание “изо рта в рот” и наружный массаж сердца.

1. Виды фотоэффекта. Закономерности фотоэффекта, установленные Столетовым.

2. Вольтамперная характеристика фотоэффекта.

3. Законы внешнего фотоэффекта.

4. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

1 Последовательное решение проблемы теплового излучения абсолютно черного тела оказалась возможной лишь после того, как М. Планк отказался от классических представлений о непрерывном процессе излучения энергии атомом- осциллятором. Квантовая гипотеза Планка привела в дальнейшем к представлению о том, что свет испускается и поглощается отдельными порциями – квантами. Эта гипотеза нашла свое подтверждение и развитие при объяснение фотоэффекта.

Различают фотоэффект внешний, внутренний, вентильный.

1.Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитные излучаемые переходы электронов внутри проводника или диэлектрика из связанных состояний в свободное без вылета наружу.

В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению ЭДС.

2.Вентильный фотоэффект – разновидность внутреннего фотоэффекта - возникшее фото ЭДС при освещении контакта 2-х разных полупроводников или полупроводника или металла (при отсутствии внешнего электрического поля).

3.Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения или иначе: явление вырывания элементов из твердых и жидких веществ под давление света.

Ионизация атомов или молекул газа под давление света называется фотоионизацией.

Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены А. Столетовым. Он установил следующие закономерности:

1. Наибольший эффект давление оказывает ультрафиолетовое излучение.

2. Под действием света вещество теряет только отрицательные заряды.

3. Сила тока, возникшая под действием света пропорциональна его интенсивности.

2. Экспериментальные исследования внешнего фотоэффекта у металлов показали, что это явление зависит не только от химической природы металла, но и от состояния его поверхности. Даже ничтожное загрязнение поверхности существенно влияет на эмиссию элементов под действием света. Поэтому для изучения фотоэффекта пользуются вакуумной трубкой.

Рис.1.	Диод состоит из: 1.Катода, 2.анода,
3. стеклянного баллона, из которого
выкачан воздух (вакуумная трубка).
Катод, покрытый исследуемым
Металлом, освещается монохрома-
тическим светом. Напряжение между
катодом и анодом регулируется

(изменяются значение и знак напряжения U). Фототок измеряется миллиамперметром.

Uз

Рис.2

На рис.2, изображены

кривые зависимости

силы фототока I

от напря жения U

соответствующие двум

различным энергетическим

освещенностям катода:

E₂ > E₁. Частота света в обоих слу-

чаях одинакова.

Существование фототока в области отрицательного напряжения от 0 до U₀ объясняется тем, что фотоэлектроны, выбитые из катода , обладают отличной от нуля кинетической энергией за счет которой они могут совершить работу против сил задерживающего электрического поля в трубке и достигать анода.

Для того, чтобы фототок стал равен нулю, необходимо приложить задерживающее напряжению U₀. При этом напряжении ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной. скоростью V_max не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода Þ mV²_max/2 = eU₀

Т.е., измерив задержание напряжения U₀, можно определить максимальное значение скорости и кинетической энергии фотонов.

По мере увеличения напряжения U фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Максимальное значение тока I_н называется фототоком насыщения и соответствует таким значениям напряжения, при которых все электроны, выбитые из катода достигают анода:

I_H = en, где n - число фотоэлектронов вылетающих из катода за 1 с.

3. Опытным путем установлены следующие основные законы фотоэффекта внешнего:

1. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяются частотой света и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой еще возможен внешний фотоэффект,ν₀ зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.

3. Число фотоэлектронов n , вырываемых из катода за единицу времени пропорционально интенсивности света. (Фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода I_H ~ E).

Опыты показали, что фотоэффект практически безинерционен. Фотоэффект не объясним с точки зрения волновой теории света.

4. А. Эйнштейн в 1905г. показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены с точки зрения предложенной им квантовой теории фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет с частотой νне только испускается, как это предполагал Планк, но и распространяются в пространстве и поглощаются веществом отдельными порциями (квантами)

Энергия одного кванта равна ε₀ = hν.Таким образом, распространение света нужно рассматривать ни как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в производстве дискретных световых квантов, движущихсяся со скоростью с распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения назвали фотонами.

По Эйнштейну, каждый квант поглощается одним электроном число вырванных фотоэлектронов пропорционально интенсивности света (III закон фотоэффекта.) Безинерционность фотоэффекта объясняется тем, что передачи энергии при столкновении электрона с фотоном происходит почти мгновенно.

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии. Þ по закону сохранения энергии:

hν = А_в + …(8.2) Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

Уравнение Эйнштейна позволяет объяснить 1-й и 2-й законы фотоэффекта. Из формулы видно, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности (1-ый зак.). Т.к. с уменьшением частоты света Е_кин. фотоэлектронов уменьшается (для данного металла А_вых = const), то при некоторой достаточно малой частоте ν =ν₀ кинетическая энергия фотоэлектронов станет = 0 и фотоэффект прекратится (2-ой зак.). (8.3) - Это и есть красная граница фотоэффекта для данного металла. Она зависит от работы выхода электрона, т.е. от хим. природы вещества и состояния его поверхности.

Уравнение Эйнштейна может быть выражено (8.4)

(8.5)

Если интенсивность света очень большая (лазерный пучок), то возможен многофотонный (нелинейный) фотоэффект, при котором фотоэлектрон может одновременно получить энергию не от 1-го, а от Nфотонов (N = 2¸ 7). Тогда уравнение Эйнштейна примет вид:

….(8.6)