Законы внешнего фотоэффекта

1. Закон Столетова: при данной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна освещенности катода).

2. Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.

3. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т.е. минимальная частота света , при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

Второй и третий законы внешнего фотоэффекта не удается истолковать на основе классической электромагнитной теории света.

Лишь квантовая теория света позволила успешно объяснить законы внешнего фотоэффекта. Развивая идеи Планка о квантовании энергии атомов - осцилляторов, Эйнштейн высказал гипотезу о том, что свет не только излучается, но также распространяется в пространстве и поглощается веществом в виде отдельных дискретных квантов электромагнитного излучения - фотонов.

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

. (28.12)

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна непосредственно вытекает второй закон фотоэффекта:

. (28.13)

Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от частоты света по линейному закону. Она обращается в нуль при частоте , соответствующей красной границе внешнего фотоэффекта:

. (28.14)

Эффектом Комптона называется изменение длины волны рентгеновского излучения при его рассеянии веществом, содержащим легкие атомы. Длина волны излучения, рассеянного под углом a к направлению распространения первичного монохроматического излучения с длиной волны l, больше l на величину D l, зависящую только от угла a:

(28.15)

где - постоянная величина, называемая комптоновской длиной волны электрона.

Эффект Комптона не удается объяснить на основе классической волновой теории света.

Согласно квантовой теории, эффект Комптона является результатом упругого столкновения рентгеновского фотона со свободным или почти свободным электроном. При этом фотон передает электрону часть своей энергии и часть своего импульса в соответствии с законами сохранения энергии и импульса. Если первоначально электрон покоился, то из закона сохранения энергии следует, что

(28.16)

где и - частоты падающего и рассеянного рентгеновского излучения, т – масса электрона, - полная энергия электрона до столкновения, Р - импульс электрона, называемого после столкновения электроном отдачи, - полная энергия электрона отдачи.

Уравнение (28.16) можно записать в виде

. (28.17)

Из закона сохранения импульса следует, что

,

или, в соответствии с рис. 28.2,

. (28.18)

Рис.28.2

Из последних двух уравнений получается

, (28.19)

или

. (28.20)

Таким образом, комптоновская длина волны электрона

(28.21)

Кинетическая энергия электрона отдачи

(28.22)

где hn - энергия падающего фотона.

Энергия W_k максимальна при a = p:

(28.23)