Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

КВАНТОВА ФІЗИКА. ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

2. СВІТЛОВІ КВАНТИ

2.2. ФОТОЕФЕКТ

Фотоефект — це явище взаємодії світла із речовиною, що супроводжується випусканням електронів, які у цьому випадку називають фотоелектронами.

♦ Розрізняють: зовнішній фотоефект, за якого електрон и вилітають за межі тіла, при цьому тіло витрачає частину електронів й набуває позитивного заряду (рис. 2.1), та внутрішній фотоефект, за якого електрони, «вирвані* світлом з атомів речовини, залишаються в її середині.

Рис. 2.1

2.2.1. ЗАКОНИ ЗОВНІШНЬОГО ФОТОЕФЕКТУ

Зовнішній фотоефект відкрив німецький фізик Г. Герц (1887 р.) та експериментально дослідив російський вчений О. Г. Столєтов (1888 - 1890 рр.).

Досліди Столєтова

Для вивчення фотоефекту О. Г. Столєтов використав пристрій, схематичне зображення якого подано на рис. 2.2.

♦ Будова та принцип дії. Всередині камери 1, з якої викачане повітря, розташовані два електроди (анод А і катод К). На електроди подасться напруга від джерела струму 2, яка регулюється. Світловій пучок, який падає на катод, «вириває» з його поверхні електрони. Рухаючись від катода до анода, фотоелектрони створюють фотострум, сила якого вимірюється міліамперметром мА.

Рис. 2.2

Якщо побудувати графік залежності сили фотоструму від поданої напруги (рис. 2.3), то можна побачити:

1) При відсутності напруги між електродами фотострум не зникає. Це можна пояснити наявністю у фотоелектронів певної кінетичної енергії:

Wк = ,

де mе — маса електрона, v — швидкість, яку мас електрон, в момент «відриву» від катода.

2) При деякій напрузі між електродами сила фотоструму перестає зростати, тобто досягає насичення Ін. Починаючи з цього моменту всі електрони, що залишили катод, досягають анода, отже, за силою струму насичення можна судити про кількість електронів, що вилітають з катода за одиницю часу:

Ін = = ,

де qmax — заряд, перенесений фотоелектронами, е — елементарний заряд, N — кількість вибитих фотоелектронів.

3) Якщо катод з'єднати з позитивним полюсом джерела струму, а анод — із негативним, то електричне поле буде гальмувати електрони, і при досягненні певної затримуючої напруги U3 фотострум припиняється. Знаючи затримуючу напругу, можна розрахувати кінетичну енергію найшвидших фотоелектронів:

eU3 = Wкmax = .

Рис. 2.3

Змінюючи по черзі світловий потік Ф, частоту v надаючого світла та матеріал, з якого виготовлений катод, Столетов встановив такі закони зовнішнього фотоефекту:

1. Число фотоелектронів N, що випускає катод за одиницю часу, прямо пропорційне світловому потоку (рис. 2.4, а).

2. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно залежить від частоти падаючого світла (рис. 2.4, б), залежить від матеріалу катода і не залежить від інтенсивності світлового потоку (див. рис. 2.4, а).

3. Для кожної речовини існує мінімальна частота vmin (або максимальна довжина max = ) світлової хвилі, за якої починається фотоефект. Опромінювання катода світлом меншої частоти фотоефекту не викликає. Мінімальна частота або максимальна довжина світлової хвилі називається червоною межею фотоефекту, або порогом фотоефекту.

Рис. 2.4

2.2.2. РІВНЯННЯ ЕЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЕФЕКТУ

Внаслідок поглинання фотона атомом металу енергія фотона (Еф = hv ) може бути цілком передана електрону й витратитися на виконання роботи виходу (Aвих) та надання електрону кінетичної енергії (Wк max):

Eф = Авих + Wк max, або hv = Авих + .

Поріг фотоефекту:

hvmin = Авих, vmin = , max = = .

Поріг фотоефекту цезію міститься зоні червоних променів (мала Авих). Поріг фотоефекту вольфраму й золота міститься в зоні ультрафіолетових променів (велика Авих).

2.2.3. ФОТОЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом — вакуумні безінерційні прилади для одержання фотострумів.

Потік фотоелектронів, які світло вириває із катода, під дією електричного поля утворює фотострум, що замикає електричне коло.

Фотоелементи із зовнішнім фотоефектом застосовуються у фотореле тощо.

Фотоелементи із внутрішнім фотоефектом — фотоелементи із запираючим шаром. Кремнієві фотоелементи перетворюють енергію світла в електричну (сонячні батареї).

Фоторезистори — напівпровідники, в яких під дією світла відбувається внутрішній фотоефект і різко змінюється їхній опір.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.