4.2.7. Фотоефект. Закони і теорія фотоефекту. Гіпотеза світлових квантів.

Фотоефект – явище вибивання світлом електронів із поверхні металів. Розрізняють зовнішній і внутрішній фотоефекти:зовнішній – явище виривання з речовини електронів під дією світла, внутрішній – електрони залишаючись у речовині змінюють свій енергетичний стан.

Закони фотоефекту :

1. к-сть електронів, що вибиваються світлом за 1 с з поверхні металу, прямо пропорційна інтенсивності світла.

2. максимальна кінетична енергія вирваних світлових електронів лінійно залежить від частоти і не залежить від його інтенсивності.

3. для кожної речовини існує максимальна довжина хвилі світла, при якій ще спостерігається фотоефект. Якщо λ>λ_макс , то фотоефект відсутній навіть при значній інтенсивності світла.(червона межа фотоефекту)

Щоб пояснити фотоефект Ейнштейн припустив, що світло не тільки випромінюється квантами, але поширюється і поглинається у вигляді квантів.

- енергія фотона.

Процес поглинання світла зводиться до того, що фотони передають всю свою енергію електронам. Якщо енергія фотона достатня для того, щоб звільнити електрон від втримуючих його зв’язків, то він може вийти за межі речовини.

- рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту,

де А – робота виходу електрона з речовини, hν – енергія фотона, - кінетична енергія електрона.

Отже, енергія поглинутого фотона витрачається на роботу виходу електрона А і на надання йому кінетичної енергії.

Фотоефект можливий в тому випадку, коли hν ≥ А. Якщо = 0, то hν₀ = А і - гранична частота при якій ще можливий фотоефект (червона межа фотоефекту).

4.2.8. Ефект Комптона: основні закономірності та теорія ефекту

Ефектом Компотна називають зміну довжини хвилі електромагнітного випромінювання при його розсіюванні на вільних електронах. Він є результатом розсіювання на вільних або майже вільних електронах, енергія зв’язку яких в атомах і молекулах розсіюючої речовини дуже мала порівняно з енергією фотонів. При цьому розсіяний фотон передає електрону лише частину своєї енергії. Досліджуючи розсіювання рентгенівських променів різними речовинами, Комптон виявив :

1. в розсіяному випромінюванні присутні дві довжини хвилі : первинна λ і вторинна λ', які близькі за значенням,

2. виконується умова, що λ'>λ. Δλ=λ'-λ не залежить від λ і від природи розсіюючої речовини,

3. значення λ' залежить від кута розсіювання θ.

,де θ – кут, утворений між напрямком розсіяного випромінювання з напрямком первинного пучка, λ_с – стала величина, рівна 0,0242⁰ А – комптонівська довжина хвилі, яка визначає величину зміни довжини хвилі при розсіянні рентгенівських променів під прямим кутом (θ= ).

Вказані закони справедливі для не дуже жорстких променів і для речовин з малою атомною вагою (водень, вуглець, бор, алюміній).

Якісно ефект Компотна можна пояснити і за допомогою класичної хвильової теорії з використанням ефекту Доплера : електрони, які розсіюють рентгенівські промені, під їх дією викидаються із атомів в різних напрямках з різними швидкостями. Отже, розсіяне випромінювання повинне мати змінену довжину хвилі в залежності від швидкості і напрямку руху вирваних електронів.

В сучасній квантовій теорії процес комптонівського розсіяння розуміють як ефект зникнення (поглинання електроном) падаючого фотону і народження нового “розсіяного” фотона.