Фотон. Уравнение фотоэффекта

Факт существования фотонов был подтверждён в ряде экспериментальных исследований. В частности, российский учёный Сергей Иванович Вавилов (1891 —1951) установил, что глаз человека способен реагировать даже на единичные кванты.

Есть, однако, у фотона и ряд свойств, принципиально отличающих его от обычных частиц вещества. Фотон существует только в движении. Остановить фотон невозможно: он либо движется со скоростью света, либо не существует. Фотон не имеет массы, т. е. является безмассовой частицей.

Уравнение фотоэффекта

3. На основе представлений о свете как потоке частиц явление фотоэффекта получает достаточно простое объяснение: электрон на освещаемой пластине, поглощая один фотон, увеличивает свою энергию на величину энергии фотона hν.

Если энергия фотона hν больше работы выхода электрона А_вых, то электрон может покинуть пластину. Энергия фотона идёт на совершение работы выхода и на сообщение вылетевшему электрону кинетической энергии:

энергия фотона

Максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона будет при этом равна разнице между энергией поглощённого веществом кванта света и работой выхода электрона.

Это соотношение называют уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. Данное уравнение представляет собой закон сохранения энергии для процессов, происходящих при фотоэффекте.

Уравнение Эйнштейна полностью объясняет экспериментальные законы фотоэффекта, полученные А. Г. Столетовым.

Чем больше фотонов падает на освещаемую пластину, т. е. чем больше интенсивность света, тем больше электронов освобождается из пластины. При этом каждый фотон поглощается целиком только одним электроном. Кинетическая энергия электронов зависит от частоты света, поскольку чем больше частота v, тем большей энергией обладает фотон.

Пользуясь уравнением Эйнштейна, можно найти предельное значение частоты излучения, при которой начинается фотоэффект: hν_min = А_вых, следовательно,

Таблица 22

Предельная частота определяет красную границу фотоэффекта, значение которой у разных веществ различно.

Отсутствие запаздывания возникновения фотоэффекта после начала освещения пластины также объясняется исходя из представления о том, что свет — это поток фотонов: фотон, достигший пластины, практически мгновенно может передать свою энергию электрону и освободить его из вещества. Поскольку структура атомов различных металлов разная, работа выхода у разных веществ тоже будет разная (табл. 22).

<<< К началу Окончание >>>