Внешний фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»
1. Квантовая теория теплового излучения. Гипотеза и формула Планка.
2. Оптическая пирометрия.
3. Внешний фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна.
4. Основные законы внешнего фотоэлектрического эффекта (законы Столетова).
5. Фотонная теория света. Масса, энергия и импульс фотона.
6. Однофотонный и многофотонный фотоэффект.
7. Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость.
8. Вентильный фотоэффект или фотоэффект в запирающем слое. ФотоЭДС. Солнечные батареи.
9.Корпускулярно-волновой дуализм.
10. Давление света. Опыты Лебедева.
11. Эффект Комптона и его теория.
Классическая модель атома по Резерфорду. Опыты Резерфорда.
13. Постулаты Бора и объяснение происхождения линейчатых спектров. Атом водорода по Бору.
14. Спектральные закономерности линейчатых спектров атома водорода. Спектральные серии.
15. Виды спектров. Спектральный анализ.
16. Гипотеза и формула де Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы.
17. Границы применимости классической механики. Соотношения неопределенностей Гейзенберга.
18. Волновая функция и ее статистический смысл. Условие нормировки волновой функции.
19. Уравнение Шрёдингера и его применение к свободному электрону.
|
|
|
20. Применение уравнения Шрёдингера к электрону в потенциальной яме.
21. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер.
22. Уравнение Шредингера для атома водорода.
23. Состав атомного ядра. Нуклоны и их взаимопревращаемость.
24. Энергия связи и устойчивость атомных ядер.
25. Ядерные силы и их свойства.
26. Реакции деления атомных ядер. Ядерная энергетика.
27. Реакции синтеза атомных ядер.
28. Радиоактивный распад. α-, β-, γ- излучения.
29. Законы смещения при радиоактивном распаде.
30. Взаимодействия радиоактивного излучения с веществом.
31. Закон радиоактивного распада. Постоянная распада. Период полураспада.
32. Активность радиоактивного вещества. Единицы радиоактивности.
33. Биологическое действие ионизирующего излучения. Дозы излучения и их единицы.
34. Радиационная безопасность.
35. Физика лазеров. Спонтанные и вынужденные переходы между энергетическими уровнями атома. Коэффициенты Эйнштейна.
36. Взаимодействие света с веществом. Усиление света с помощью трехуровневой системы.
37. Взаимодействие света с веществом. Усиление света с помощью четырехуровневой системы.
|
|
|
38. Устройство лазера. Принцип действия лазера.
39. Типы лазеров.
40. Свойства и применения лазерного излучения.
Квантовая теория теплового излучения. Формула Планка.
Выход из создавшейся ситуации нашел немецкий физик М. Планк.
В 1900 г. он впервые выдвинул гипотезу о дискретных значениях энергии осциллятора.
Согласно этой гипотезе энергия осциллятора с собственной частотой ν может принимать лишь определенные дискретные (квантованные) значения, отличающиеся на целое число элементарных порций − квантов энергии: E = nhν, где h = 6,625·10-34 Дж·с − постоянная Планка (квант действия).
Зная связь между частотой и длиной волны можно определить энергию одного кванта на функцию длины волны.
Возьмем связь между собственной и циклической частотой:
Тогда полная энергия осциллятора будет равна целому числу квантов
, ( 
).
Согласно этой гипотезе Планк моделировал реальное твердое тело с помощью системы квантовых осцилляторов. Выполнив усреднение энергии осциллятора с помощью распределения Больцмана, Планк получил выражение для среднего значения энергии, приходящейся на одну колебательную степень свободы осциллятора:
|
|
|
.
Планк получил формулу для излучательной способности АЧТ как функцию от частоты излучения:
.
Т- абсолютная температура 
Эта формула как функция от длины волны излучения имеет вид:
,
именно ее чаще всего используют в экспериментальных работах.
Из формулы Планка вытекают все законы теплового излучения тел.
Оптическая пирометрия.
Для измерения температуры нагретых тел используются различные приборы (например, термометры расширения, электрические термометры сопротивления, термопары и т. д.). Однако для сильно нагретых тел (свыше 2000 0С) эти методы измерения температуры непригодны, особенно если раскаленные тела, температуру которых необходимо определить, чрезвычайно удалены от наблюдателя (например, Солнце, звезды). В таких случаях используются методы, основанные на законах теплового излучения.
Совокупность оптических бесконтактных методов измерения высоких температур на основе зависимости между температурой и излучательной способностью (спектральной или интегральной) исследуемого тела называют оптической пирометрией. Приборы, используемые для этой цели, называются пирометрами излучения.
|
|
|
В зависимости от того, какой закон теплового излучения АЧТ положен в основу при измерении температуры нагретых тел, различают три температуры − радиационную, цветовую и яркостную.
Радиационная температура Тр – это такая температура абсолютно черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела. Так как все реальные тела, температура которых измеряется, являются серыми и для них поглощательная способность А(T) < 1, то радиационная температура Тр тела, определяемая из закона Стефана-Больцмана, всегда меньше его истинной температуры тела Т, причем
.
Цветовую температуру определяют на основании закона Вина, используя то свойство, что распределение энергии в спектре излучения серого тела такое же, как и в спектре абсолютно черного тела, имеющего ту же температуру. Цветовая температура определяется по формуле
Тц = b/ λmax
и совпадает с истинной температурой тела. Для тел, характер излучения которых сильно отличается от излучения абсолютно черного тела, понятие цветовой температуры не имеет смысла.
Яркостная температура Тя – это температура абсолютно черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела. Определение яркостной температуры основано на применении закона Кирхгофа к излучению исследуемого тела.
. (16.30)
Результаты, достигнутые при применении гипотезы Планка, стали первым серьезным указанием на то, что к явлениям лучеиспускания законы классической физики уже неприменимы. Эта гипотеза показывала, что должна быть создана новая теория, в которой необходимо четко зафиксировать то, что некоторые физические величины способны принимать не непрерывный, а дискретный ряд значений. Гипотеза Планка не только положила начало квантовым представлениям о природе света, но и стала базой для создания квантовой механики.
Внешний фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна
Гипотеза квантов утверждает, что энергия колебаний атома или молекулы квантуется, т.е. существует лишь строго определённых дискретных порций. Наименьшая такая порция наз-ся квантом энергии. Для объяснения законов фотоэффекта Эйнштейна развил идеи Планка о квантовом характере теплового излучения: цвет не только излучается отдельными квантами, но и распространяется и поглощается веществом в виде квантов энергии. Распространение электромагнитного излучения рассматривается не как непрерывный волной процесс, а как поток дискретных квантов. Эти кванты электромагнитного излучения были названы фотоном.
Свойства фотонов:
1. q=0 ;
2. 
масса покоя равна нулю;
3. Скорость фотона это есть скорость света в вакууме 
4. 
5. 
импульс
6. 
Наличие фотона импульса экспериментально проявляется том, что свет оказывает давление на тела. Выражение для определения светового давления можно получить исходя из квантовых св-в света. В соотношения для энергии и релятивистской частицы и импульса заложена суть корпускулярно-волнового дуализма, т к с другой стороны корпускулярные св-ва излучения харак-тся энергией и импульсом, а с другой стороны волновые св-ва харак-тся частотой и длиной волны.
Процесс поглощения света веществом сводится к тому, что фотоны передают всю свою энергию частицам этого вещества. С позиций квантовой природы света Эйнштейн дал наглядное объяснение явления фотоэффекта. Для того, чтобы вырвать электроны из вещества, необходимо совершить работу, которая называется работой выхода А. Эта работа расходуется на преодоление задерживающих сил, действующих в поверхностном слое металла. Если энергия 
, то фотоэффект будет наблюдаться. В соответствии с законом сохранения энергии Эйнштейн предложил уравнение:
- урав-ние Эйнштейна
Совпадение экспериментальных значений по определению постоянной Планка опираясь на явление фотоэффекта с результатами ее измерения в опытах по тепловому излучению абсолютно черного тела подтверждает справедливость уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 192; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!