Задерживающий потенциал.

Уравнение Эйнштейна можно записать в виде: и выразить задерживающий потенциал:

На рисунке показан график зависимости задерживающего потенциала от частоты падающего света. По графику можно найти работу выхода А, красную границу n_гр , а по наклону прямой можно определить величину постоянной Планка h.

 

Фотоэлементы широко используются в физике и технике. Вакуумные фотоэлементы довольно громоздки и дают небольшие токи, но вследствие своей безинерционности и линейной световой характеристики они незаменимы в тех случаях, когда необходимо превратить световые сигналы в электрические без каких-либо искажений. Существование тока насыщения в фотоэлементах позволят использовать их в стабилизаторах (напряжение изменяется, а ток остается постоянным). Фотоэлементы очень часто применяют в турникетах, для подсчета движущихся изделий на конвейерах и т.п.

 

 

ЭФФЕКТ КОМПТОНА

Эффектом Комптона называется рассеяние веществом электромагнитного излучения, при котором частота рассеянного излучения уменьшается по сравнению с первоначальной, и одновременно наблюдается вылет быстрых электронов (электроны отдачи). Изменение частоты оказывается различной в зависимости от угла наблюдения. Американский ученый Комптон, открывший это явление (1923 г) разработал теорию явления. Он предложил рассматривать наблюдаемое взаимодействие света с веществом как упругое столкновение

частиц - фотона и электрона. Используя законы сохранения импульса и энергии, Комптон получил формулу для изменения длины волны в зависимости от угла рассеяния..

Мы не будем приводить полный вывод формулы для изменения длины волны, а запишем только законы сохранения и окончательную формулу. Так как эффект Комптона наблюдается только для фотонов с большой энергией (рентгеновские и гамма-лучи), то при вычислениях необходимо использовать формулы СТО, и вывод становится громоздким. [x]

На рис. показано столкновение первоначального фотона с энергией hn _о с электроном в веществе (на рис. не показан). Импульс и энергия электрона до столкновения пренебрежимо малы по сравнению с импульсом и энергией фотона, т.е. электрон можно считать свободным. (Обычно употребляется выражение «рассеяние фотона на свободном электроне»). После столкновения фотон отклоняется от первоначального направления под углом q, а его энергия уменьшается и становится равной hn. Электрон получает импульс и кинетическую энергию и летит под углом j. (электрон отдачи, угол отдачи).

	закон сохранения импульса в векторном и скалярном виде (теорема косинусов). - импульс падающего фотона, - импульс рассеянного фотона, - импульс электрона. q - угол рассеяния
	закон сохранения энергии - энергия падающего фотона, - энергия рассеянного фотона, - кинетическая энергия электрона отдачи (электрон релятивистский).

Подставив в эти законы выражения для указанных величин, приведенные ниже, после преобразований получим:

 

¨ или

изменение длины волны при комптоновском рассеянии излучения (на свободном электроне) Из формул следует, что комптоновское изменение длины волны не зависит от природы рассеивающего вещества, а определяется только углом наблюдения.

 

= 2,43 пм = 2,43×10-12 м

Эта величина называется комптоновской длиной волны электрона

Комптоновское рассеяние может наблюдаться и на свободном протоне, тогда следует использовать комптоновскую длину волны протона:

Из формулы (¨) следует, что изменение l при различных углах рассеяния равно:

q = 0о	D l = 0	фотоны, продолжающие лететь в первоначальном направлении, не изменяют свою длину волны
q = 90о	D l =	в этом случае изменение l равно комптоновской длине волны электрона
q = 180о	D l =	максимальное изменение l происходит в случае, когда рассеянный фотон движется в противоположном направлении

 

Ниже приводится таблица формул, используя которые можно получить выражение (¨) для D l. Компактное расположение формул облегчает также решение задач.

		энергия падающего и рассеянного фотонов
		импульс --²--
	релятивистская кинетическая энергия электрона отдачи
	по этой формуле можно найти угол отдачи j

 

Комптоновское рассеяние наблюдается только для рентгеновских и гамма-лучей. В этом случае изменение длины волны сравнимо с длиной волны падающего излучения, и может быть измерено экспериментально. Для видимого света обнаружить эффект Комптона невозможно, т.к. максимальное изменение D l = 0,48 пм слишком мало по сравнению со средней длиной световой волны

l» 500 нм = 500000 пм (зеленый свет) и перекрывается тепловым уширением спектральных линий..

Эффект Комптона доказывает, что: 1) свет имеет квантовую природу и

2) для элементарных процессов взаимодействия частиц применимы законы сохранения импульса и энергии.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ АТОМОВ И МОДЕЛЬ АТОМА БОРА.