Фотонная теория света. Масса, энергия и импульс фотона.
В современной трактовке гипотеза квантов утверждает, что энергия ε колебаний атома или молекулы может быть равна hν, 2hν, 3hν и т.д., но не существует колебаний с энергией в промежутке между двумя последовательными целыми, кратными hν . Это означает, что энергия не непрерывна, как полагали на протяжении столетий, а квантуется, т.е. существует лишь в строго определенных дискретных порциях. Наименьшая порция hν называется квантом энергии.
Для объяснения законов фотоэффекта А.Эйнштейн развил идеи Планка о квантовом характере теплового излучения. Он предположил, что свет не только излучается отдельными квантами, но и распространяется и поглощается веществом в виде квантов энергии. В связи с этим распространение электромагнитного излучения рассматривается уже не как непрерывный волновой процесс, а как поток дискретных квантов, движущихся в вакууме со скоростью света с. Эти кванты электромагнитного излучения были названы фотонами.
Свойства фотонов:
7. q=0 ;
8. 
масса покоя равна нулю;
9. Скорость фотона это есть скорость света в вакууме 
10. 
11. 
импульс
12. 
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.
|
|
|
Однофотонный и многофотонный фотоэффект.
Рассмотренный нами внешний фотоэффект называется однофотонным, согласно которому каждый поглощенный квант света инициирует испускание атомом только одного электрона.
При больших интенсивностях света (лазерное излучение) возможен нелинейный многофотонный фотоэффект, который наблюдается при одновременном поглощении атомом энергии 
фотонов ( 
). Уравнение для многофотонного фотоэффекта имеет вид:
.
Если 
, где 
- энергия одного фотона, тогда 
, т.е. красная граница, выраженная в частотах, станет в раз меньше по сравнению с однофотонным фотоэффектом.
Таким образом, многофотонный фотоэффект приводит вообще к исчезновению красной границы фотоэффекта и ее смещению в длинноволновую область шкалы электромагнитных волн.
Явление внешнего фотоэффекта используется в фотоэлементах – приборах, предназначенных для регистрации и измерения световых потоков путем преобразования световых сигналов в электрические. Однако чувствительность их весьма мала, сила фототока также невелика.
|
|
|
Одним из способов увеличения слабых фототоков является вторичнаяэлектронная эмиссия, используемая в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ). ФЭУ представляет собой вакуумную трубку, в которой находится фотокатод и несколько анодов, называемых динодами. На каждый следующий динод подается положительный потенциал по отношению к предыдущему диноду. Слабый поток фотоэлектронов, ускоренный электрическим полем между катодом и первым динодом, вследствие вторичной электронной эмиссии выбивает большее число электронов, которые направляются ко второму диноду, и т.д. При коэффициенте вторичной электронной эмиссии 
( 
−число падающих на динод электронов, n – число вылетающих из него электронов) в ФЭУ может достигаться усиление фототока в миллионы раз.
Выходной ток фотоумножителя обычно относительно невелик, не больше нескольких десятков миллиампер, так как назначение фотоумножителя – не получение больших выходных токов, а регистрация слабых световых потоков.
Внутренний фотоэффект.
Явление внутреннего фотоэффекта наблюдается при освещении диэлектриков или полупроводников светом определенной частоты. Под действием поглощенных квантов света в этом случае электропроводность вещества увеличивается за счет повышения у них концентрации свободных носителей заряда. Поэтому это явление называют также фотопроводимостью. Явление внутреннего фотоэффекта используется в фоторезисторах, сопротивление которых зависит от поглощенного светового потока (рис. 17.3). Здесь 1 - подложка из диэлектрика, 2 - полупроводник, 3 - металлические электроды.
|
|
|
Рис. 17.3 Рис. 17.4
Рассмотренные виды фотоэффекта используются для контроля, управления и автоматизации различных процессов, в военной технике для сигнализации и локации невидимым излучением, в различных системах связи. В частности, в волоконно-оптических линиях связи фотоэлектрические преобразователи используются в качестве основных элементов.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 267; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!