Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Фотоны, их энергия и импульс.

Внешним фотоэффектом называется явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

В 1905 г. для объяснения явления фотоэффекта Эйнштейн использовал квантовые представления о свете, введенные в 1900 году Планком, и применил их к поглощению света веществом. Монохроматическое световое излучение, падающее на металл, состоит из фотонов-квантов света с энергией . Электроны поверхностного слоя металла получают энергию этих фотонов, причем взаимодействие излучения с веществом состоит из множества элементарных взаимодействий, каждое из которых заключается в том, что один электрон целиком поглощает энергию одного фотона. Если энергия фотона W равна или превышает работу выхода, то электроны вылетают из металла. При этом часть энергии фотона тратится на совершение работы выхода А_в, а остальная часть переходит в кинетическую энергию фотоэлектрона:

уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Это уравнение представляет собой закон сохранения энергии в применении к фотоэффекту

Порция светового излучения - квант света - обладает корпускулярными свойствами и может рассматриваться как элементарная частица, называемая фотоном. Фотоны являются носителями свойств электромагнитного поля. Чем выше частота излучения, тем сильнее проявляются корпускулярные (или квантовые) свойства света.

Световые частицы - фотоны - обладают энергией , где h - постоянная Планка; - длина световой волны; v - ее частота; с - скорость света. Согласно соотношению Эйнштейна между массой и энергией, следующему из теории относительности

Масса фотона, определяемая из этих формул, - это масса движущегося фотона, так как в состоянии покоя фотон не существует. Скорость, с которой движется фотон, равна скорости света.

Найдем импульс фотона: То, что фотон обладает импульсом, экспериментально подтверждается открытием светового давления. Если свет является монохроматическим, то все фотоны в этом случае имеют одинаковые энергию, массу и импульс.

Фотоны возникают (излучаются) при переходах атомов, молекул, ионов и атомных ядер из возбужденных энергетических состояний в состояния с меньшей энергией. Фотоны излучаются также при ускорении и торможении заряженных частиц, при распадах некоторых частиц и уничтожении пары электрон-позитрон. Процесс поглощения света веществом сводится к тому, что фотоны целиком передают свою энергию частицам вещества. Процесс поглощения света рассматривается в квантовой физике как дискретный и во времени, и в пространстве.

Фотоны.