Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
Основные положения квантовой теории фотоэффекта следующие.
1) Свет распространяется и поглощается веществом квантами – фотонами; энергия фотона
, или .
2) Фотоэффект – абсолютно неупругое соударение двух частиц: фотона и свободного электрона в металле (Ме), – осуществляется по схеме:
.
Для такого взаимодействия запишем закон сохранения энергии (ЗСЭ):
(36)
где – работа выхода свободного электрона из металла, в котором потенциальная энергия свободных электронов отрицательна , так как они находятся в электростатическом поле положительно заряженных ионов кристалла; – максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетевших из металла. Так как в справочных таблицах приводится минимальное значение работы выхода электрона (с верхних энергетических уровней зоны проводимости металла), то по уравнению (36) вычисляется только максимальная кинетическая энергия электронов , в то время как электроны вылетают из катода с различными скоростями (о чем свидетельствует плавное уменьшение тока по мере увеличения задерживающего потенциала: см. ВАХ на рис. 28).
Уравнение (36) называют уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Квантовая теория объясняет закономерности фотоэффекта следующим образом.
1) Закон Столетова: , – фототок , и световой поток определяется потоком частиц – соответственно, числом падающих фотонов и числом вылетевших электронов за 1 секунду:
; .
Согласно квантовому механизму фотоэффекта, один фотон может выбить только один электрон, поэтому
,
где – коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты света; он мал т. е. лишь фотонов вызывают эмиссию электронов. С учетом записанных соотношений получаем закон Столетова:
.
2) Граничная частота (красная граница фотоэффекта) согласно уравнению (36), соответствует ; при этом, так как , то
. (37)
3) Зависимость кинетической энергии электронов от частоты: . Максимальную кинетическую энергию электронов измеряют по приложенному задерживающему напряжению , при котором задерживающее электрическое поле уменьшает кинетическую энергию электрона до нуля. Работа этого поля
.
Из этих формул получаем, что
, (38)
где – задерживающее напряжение.
С учетом соотношения (38) уравнение Эйнштейна (36) принимает вид:
(39)
Из уравнения (39) следует линейная зависимость задерживающего напряжения от частоты света , падающего на фотокатод:
Рис. 29 | . (40) Уравнение (40) – это уравнение прямой линии с угловым коэффициентом . Определение постоянной Планка по угловому коэффициенту экспериментальной линейной зависимости задерживающего напряжения от частоты света (рис. 29) – один из наиболее точных методов определения величины . |
Дата добавления: 2016-10-07; просмотров: 2271;