Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Топ:
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все...
Дисциплины:
2020-04-01 | 323 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
dl
I0 I
I΄ I΄- dI
l
Рис.1. Прохождение света через поглощающий слой.
Предположим, что световой поток монохроматических лучей с длиной волны λ проходит через поглощающий слой толщиной l (рис. 1.) Пусть при прохождении света с начальной интенсивностью через тонкий поглощающий слой dl интенсивность света уменьшилась на некоторую величину dI. Это уменьшение интенсивности пропорционально толщине слоя dl и величине (без учёта рассеяния): dI = - K dl (1) где К - коэффициент поглощения данного вещества. Знак минус означает, что dI и dl имеют разные знаки. Проинтегрировав выражение (1), получим формулу, показывающую ослабление света слоем толщиной l: или (2)
откуда (3) ЗАКОНА БУГЕРА.
где I 0 - интенсивность света, падающего на поглощающий слой.
I - интенсивность света, прошедшего через поглощающий слой.
Отношение выраженное в процентах, называется пропусканием (прозрачностью) вещества: (4) Десятичный логарифм величины обратной прозрачности называется оптической плотностью вещества:
(5)
Подставляя (5) в уравнение (2) и заменив натуральный логарифм на десятичный, получим: 2, 3 D = К l (6) откуда
Физический смысл коэффициента поглощения легко установить, преобразовав уравнение (2) к следующему виду: 7)
Откуда видно, что коэффициент поглощения пропорционален величине ln(I0/I). Он численно равен единице, делённой на толщину поглощающего слоя вещества, при прохождении которого интенсивность света уменьшается в е = 2,72 раз, и измеряется в обратных сантиметрах (см -1). Оптическая плотность имеет тот же физический смысл, что и коэффициент поглощения, но только относится ко всей толщине слоя.
|
ßà 8. Квантовые свойства света. Фотоэффект и уравнение Эйнштейна. Внешний и внутренний фотоэффект. Фотогальванический эффект. Эффект Комптона и импульс фотона. Элементарная теория эффекта Комптона. Давление света Опыты Лебедева.
Внешний фотоэффект.
Явление внешнего фотоэффекта заключается в испускании электронов поверхностью твердых тел и жидкостью под действием электромагнитного излучения. Это явление было впервые обнаружено Г. Герцем в 1887 г. Он заметил, что проскакивание искры между электродами разрядника облегчается, если отрицательно заряженный электрод осветить ультрафиолетовыми лучами.
Частицы, испускаемых поверхностью тел под действием света, являются электронами, которые называются фотоэлектронами.
электрода: катод К из исследуемого вещества, на который падает свет, и анод А. Потенциометр R позволяет изменять значение и знак подаваемого на электроды напряжения U. Возникающий в цепи ток при освещении катода светом измеряется с помощью микроамперметра.
Полученные с помощью такой установки вольтамперные характеристики приведены на рис. 9.6. Кривые / и 2 соответствуют постоянным значениям светового потока, причем Фз > Фь Из рис. 9.6 видно, что фототок /, начиная с определенного значения анодного напряжения (/*, остается практически постоянным, т. е. достигает насыщения. Это означает, что при U > U* все электроны, выбитые из катода, достигают анода.
Оказывается, что если на фотокатод подать возрастающее напряжение противоположного знака, то фототок постепенно уменьшается и при некотором значении напряжения U = — из прекращается (U3 — задерживающий потенциал). Это значит, что вылетающие из катода фотоэлектроны имеют кинетическую энергию, которая меньше либо равна некоторому максимально возможному ее значению mv2max/2, причем очевидно, что
|
(9.21)
Экспериментально установлены следующие три закона фотоэффекта.
1. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.
2. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота vq света, при которой еще возможен внешний фотоэффект. Величина v0 зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.
3. Число фотоэлектронов п, вырываемых с единицы площади катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света ( фототек насыщения пропорционален энергетической освещенности Еэ катода, т. е. /нас~£э).
Приведенные первый и второй законы фотоэффекта трудно объяснить с помощью волновой природы света. Для объяснения этих законов А./Эйнштейн (1879—1955) развил идеи Планка о кванто/ом характере теплового излучения. Он предположил, что свет не только излучается отдельными квантами, но 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 (1926 г.). Процесс поглощения света сводится к тому, что фотоны передают всю свою энергию частицам этого вещества. С позиции квантовой природы света Эйнштейн дал наглядное объяснение явления фотоэффекта. Для вырывания электрона из вещества необходимо совершить работу, которая называется работой вы-
хода А. Поэтому, если энергия кванта hv > А, то фотоэффект будет наблюдаться. В соответствии с законом сохранения энергии Эйнштейн предложил следующее уравнение: (9.22)
— уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.
Величина muLx/2 представляет собой максимально возможную кинетическую энергию вырванного электрона. Уравнение (9.22) объясняет все экспериментально установленные законы фотоэффекта: во-первых, из соотношения (9.22) следует, что максимальная скорость вырванных фотоэлектронов зависит не от интенсивности /, а от частоты v света и работы выхода А (первый закон фотоэффекта); во-вторых, внешний фотоэффект возможен только в том случае, если энергия фотона hv больше или равна А. Поэтому частота vo, соответствующая красной границе фотоэффекта (второй закон фотоэффекта), равна
|
— красная граница фотоэффекта. (9.23)
И, наконец, общее число п фотоэлектронов, вылетающих из вещества за единицу времени, пропорционально числу фотонов, падающих за это время на поверхность вещества, т. е. пропорционально интенсивности падающего света (третий закон фотоэффекта).
С помощью соотношений (9.21) и (9.23) уравнение Эйнштейна для фотоэффекта можно переписать в виде (9.24)
Если значения v и v0 известны, то, определив из опыта величину задерживающего потенциала U3, можно с помощью формулы (9.24) найти постоянную Планка:
(9.25)
Совпадение найденного по этой формуле значения h с результатами ее измерения в других опытах, в частности в опытах с тепловым излучением абсолютно черного тела, подтверждает справедливость уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.
При больших интенсивностях света (лазерное излучение) возможен многофотонный фотоэффект. Он наблюдается при поглощении электроном энергии N фотонов (N = = 2, 3,...). Уравнение для многофотонного фотоэффекта имеет вид
(9.26)
Красная граница при многофотонном эффекте определяется соотношением
(9.27)
Внешний фотоэффект используется в фотоэлементах, которые служат для регистрации и измерения световых потоков путем преобразования световых сигналов в электрические.
Внутренний фотоэффект.
Он наблюдается при освещении диэлектриков или полупроводников светом определенной частоты. Под действием поглощенных квантов света в этом случае происходит увеличение электропроводности вещества за счет возрастания у них числа свободных носителей заряда. Это явление еще называют фотопроводимостью. Для его объяснения используется зонная теория твердых тел (см. гл. 11). Явление внутреннего фотоэффекта применяется для изготовления фоторезисторов, сопротивление которых зависит от поглощенного светового потока. Основной их недостаток состоит в большой инерционности.
|
Масса и импульс фотона.
Фотоны как квазичастицы света обладают не только энергией но и массой т. Масса фотона находится с помощью выражения для энергии микрочастицы в релятивистской механике: е = тс2. Следовательно,
— масса фотона. (9.28)
Введенное таким способом понятие массы фотона существенно отличается от понятия массы обычных микрочастиц. Фотон не обладает массой покоя, т. е. для него mп = 0.
Импульс фотона
Импульс р фотона можно выразить через волновой вектор k=(2n/X)n (n — единичный вектор нормали к фронту волны), т. е.
(9.29)
Наличие у фотона импульса экспериментально проявляется в давлении света на твердые тела и газы.Фотон как элементарная частица обладает спином, равным 1 (в единицах Н), и, следовательно, относится к классу бозонов. 9.3.
|
|
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!