Применение фотоэффекта в технике

Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы.

Свет излучается и поглощается не непрерывно, а определёнными порциями – квантами. Доказательством дискретности (прерывистой структуры) света является фотоэффект.

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887г., экспериментально исследован Столетовым, а объяснён Эйнштейном в 1905г. Эйнштейн предположил, что свет не только излучается, но и поглощается отдельными порциями или квантами. А это значит, что свет – это поток частиц, т.е. свет имеет прерывистую структуру. Световую частицу называют фотоном. Энергия одного кванта (порции света) или фотона Е пропорциональна частоте излучения ν и определяется по формуле Планка: Е = hν, где h = 6,63 ·10^-34Дж·с – постоянная Планка.

Согласно Эйнштейну энергия поглощённого веществом кванта hν идёт на совершение работы выхода А электрона из вещества и на сообщение этому электрону кинетической энергии :

hν = A + . Это уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

С помощью этого уравнения объясняются законы фотоэффекта, экспериментально открытые Столетовым:

1.Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, пропорционально поглощённой энергии света.

Чем больше световых квантов hν – энергии - поглотит вещество, тем больше вылетит из него электронов (см. уравнение).

2.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света.

Из уравнения следует = h ν – A, чем больше частота ν, тем больше кинетическая энергия вырванных электронов (m и v – масса и скорость электронов).

3.Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты ν_min (называемой красной границей фотоэффекта), то фотоэффект не происходит.

Для каждого вещества существует предельная (минимальная) частота ν_min – красная граница фотоэффекта, при которой происходит только работа выхода:

A = h ν_min (в этом случае кинетическая энергия = 0).

Если энергия поглощённого кванта hν< A, т.е. частота света ν< ν_min, то фотоэффект не произойдёт.

Фотоэффект нашёл широкое применение в технике. Приборы, работающие на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Их используют в турникетах метро, системах защитной и аварийной сигнализации, фотоэкспонометрах, военной технике, системах связи, озвучивание кино и т.д.