Труднощі класичного пояснення фотоефекту
Як можна було б пояснити фотоефект з погляду класичної електродинаміки і хвильових уявлень про світло?
Відомо, що для виривання електрона з речовини потрібно повідомити йому деяку енергію A, звану роботою виходу електрона. У разі вільного електрона в металі це робота з подолання поля позитивних іонів кристалічної решітки, що утримує електрон на кордоні металу. У разі електрона, що знаходиться в атомі, робота виходу є робота щодо розриву зв’язку електрона з ядром.
У змінному електричному полі світлової хвилі електрон починає здійснювати коливання. І якщо енергія коливань перевищить роботу виходу, то електрон буде вирваний з речовини.
Проте в рамках таких уявлень неможливо зрозуміти другий і т, рет, ий закони фотоефекту. Дійсно, чому кінетична енергія вибитих електронів не залежить від інтенсивності випромінювання? Адже чим більше інтенсивність, тим більше напруженість електричного поля в електромагнітній хвилі, тим більше сила, діє на електрон, тим більше енергія його коливань і з тим більшою кінетичною енергією електрон вилетить з катода. Логічно? Логічно. Але експеримент показує інше.
Далі, звідки береться червона межа фотоефекту? Чим “завинили” низькі частоти? Здавалося б, із зростанням інтенсивності світла росте і сила, що діє на електрони; тому навіть при низькій частоті світла електрон рано чи пізно буде вирваний з речовини – коли інтенсивність досягне досить великого значення. Однак червона межа ставить жорстку заборону на виліт електронів при низьких частотах падаючого випромінювання.
Крім того, неясна безінерційність фотоефекту. Саме, при висвітленні катода випромінюванням як завгодно слабкої інтенсивності (з частотою вище червоної кордону) фотоефект починається миттєво – у момент включення освітлення. Тим часом, здавалося б, електронам потрібен якийсь час для “розхитування” зв’язків, утримують їх в речовині, і цей час “розкачки” має бути тим більше, чим слабкіше падаюче світло. Аналогія така: чим слабкіше ви штовхаєте гойдалки, тим довше доведеться їх розгойдувати до заданої амплітуди. Виглядає знову-таки логічно, але досвід – єдиний критерій істини у фізиці! – Цим доводам суперечить.
Так на рубежі XIX і XX століть у фізиці виникла тупикова ситуація: електродинаміка, передбачив існування електромагнітних хвиль і чудово працює в діапазоні радіохвиль, відмовилася пояснювати явище фотоефекту.
Вихід з цього глухого кута було знайдено Альбертом Ейнштейном в 1905 році. Він запропонував просте рівняння, що описує фотоефект. Всі три закони фотоефекту виявилися наслідками рівняння Ейнштейна.
Головна заслуга Ейнштейна складалася у відмові від спроб витлумачити фотоефект з позицій класичної електродинаміки. Ейнштейн привернув до справи сміливу гіпотезу про кванти, висловлену Максом Планком п’ятьма роками раніше.
Related posts:
- Фотоефект – реферат Фотоефектом називається явище, в якому світло вибиває електрони з речовини. Фотоефект відкрив Герц, коли проводив досліди з іскровим розрядником для створення електромагнітних імпульсів. В напівпровідниках фотоефект може бути ще й внутрішнім, коли електрони, вибиті світлом з вузлів решітки, залишаються всередині кристалу, підвищуючи його електропровідність. Очевидно, швидкість фотоелектронів залежить від енергії світла. Але що таке – […]...
- Досліди Столєтова Фотоефектом називається випускання електронів речовиною при поглинанні їм квантів електромагнітного випромінювання (фотонів). Р. Герц відкрив фотоефект в 1887 р. і встановив, що довжина іскри в розряднику стає більше при попаданні на його металевих електродів світла від іскри другого розрядника. Перші дослідження фотоефекту були виконані російським ученим А. Р. Столєтова (1888 р.). Ф. Ленард і Дж. […]...
- Фотоефект – конспект З усіх видатних досягнень Альберта Ейнштейна, включаючи спеціальну теорію відносності і загальну теорію відносності, Нобелівську премію принесло йому теоретичне пояснення законів фотоефекту – явища вибивання електронів з металевої пластинки при висвітленні її світлом певних частот. Зокрема, Ейнштейн припустив, що світло поширюється порціями (зараз їх називають фотонами), що і веде до фотоефекту. Було вже встановлено, що […]...
- Квантові (корпускулярні) властивості полів До кінця XIX в. склалося уявлення про те, що наш світ складається з частинок і фундаментальних полів – двох складових матерії. Залишалися лише малі “недопрацювання”, для подолання яких потрібно було прикласти деякі зусилля. Проте з цих малих “недоробок” на рубежі XIX-XX ст. у фізиці виникла нова, революційна теорія, яка кардинальним чином змінила уявлення про частки […]...
- Квантова оптика Відповідно до основних положень квантової теорії Планка і Ейнштейна, випромінювання, і, зокрема, видиме світло володіє корпускулярними властивостями. Очевидно, що за певних умов ці властивості повинні проявлятися в оптичних експериментах. Клас оптичних явищ, для пояснення яких слід залучати уявлення про кванти енергії випромінювання та їх носіях – фотонах, отримав назву явищ квантової оптики. Такі явища пов’язані, […]...
- Кінематика, динаміка і статика в фізиці: пояснення Одним з основних розділів фізики є механіка – дисципліна, що вивчає закони, згідно з якими відбувається рух тіл, а також зміна параметрів руху в результаті впливу тіл один на одного. Основними напрямками механіки є вивчення динаміки, кінематики та статики. Докладного вивчення цих наук фахівці присвячують все життя, так як їх положення лежать в основі найбільш […]...
- Заборонена зона Нагадаємо, що кремній є 14-м елементом в таблиці Менделєєва. Це означає, що атом кремнію містить 14 протонів і 14 електронів. Електрони в атомі кремнію розміщуються в трьох оболонках. Внутрішня оболонка містить 2 електрони, середня – 8. Відомо, що ці електрони в утворенні кристала не беруть участь. У зовнішній оболонці міститься 4 електрона, які пов’язують атоми […]...
- Електрофізичні властивості напівпровідників Всі речовини утворені атомами, що складаються з позитивно заряджених ядер і обертаються навколо них негативно заряджених електронів. Ядро включає електрично нейтральні частинки – нейтрони і позитивно заряджені протони. Кількість протонів визначає заряд ядра. Негативний заряд електрона по вели-чині дорівнює позитивному заряду протона. У нормальному Стані число електронів, створюючих електронну оболонку атома, дорівнює числу протонів в […]...
- Енергетичні рівні – доповідь Далі нам необхідно детально розібрати як розподіляються електрони в атомі. Їх рух не хаотично, а підпорядковане конкретному порядку. Які – то з наявних електронів, притягуються до ядра з досить великою силою, а інші навпаки, притягуються слабо. Першопричина такої поведінки електронів ховається в різному ступені віддаленості електронів від ядра. Тобто, ближче знаходиться до ядра електрон, стане […]...
- Електричний струм у напівпровідниках Напівпровідники – це матеріали, які при звичайних умовах є діелектриками, але зі збільшенням температури стають провідниками. Тобто в напівпровідниках при збільшенні температури, опір зменшується. Будова напівпровідника на прикладі кристала кремнію Розглянемо будову напівпровідників і основні типи провідності в них. В якості прикладу розглянемо кристал кремнію. Кремній є чотирьохвалентним елементом. Отже, в його зовнішній оболонці є […]...
- Пояснення веселки “Хто з нас не захоплювався величною красою райдужної арки, в безмовності розкинулася від краю до краю над наслідками шторму, – писали Раймонд Лі і Алістер Фрейзер. – Це яскраве і захоплююче видовище повертає нас до спогадів дитинства, древнім сказанням і, можливо, напівзабутим урокам фізики… У деяких цивілізаціях люди бачили у веселці зловісного змія, вигнувшись в […]...
- Валентності поширених елементів Водень Один з найпоширеніших елементів у Всесвіті, зустрічається у багатьох з’єднаннях і завжди має V = 1. Це пов’язано з будовою його зовнішньої електронної орбіталі, на якій у водню знаходиться 1 електрон. На першому рівні може перебувати не більше двох електронів одночасно, таким чином, водень може або віддати свій електрон і утворити зв’язок (електронна оболонка […]...
- Дифракція електронів: суть Дифракція електронів була відкрита фізиками К. Девіссон і Л. Джермером з США. Ними застосовувалися електрони, що мають енергію близько 100 еВ (так звані повільні електрони). Тонкий пучок електронів падав на грань монокристала нікелю нормально до її поверхні. Реєстрація розсіяних під різними кутами електронів виявила наявність чітких максимумів, на подобі тим, які утворюються при дифракції рентгенівських […]...
- Ковалентний зв’язок В основу ковалентного зв’язку покладено принцип спільного використання електронів, як прагнення заповнення валентних рівнів енергії. 1. Водень – H2 Зазвичай в природі водень зустрічається не у вигляді окремого атома, а являє собою двоатомних молекул – Н2. Водень має один валентний електрон і йому потрібен ще один, щоб заповнити перший енергетичний рівень. Атом водню може “запозичити” […]...
- Пояснення пружних і пластичних деформацій З’ясуємо, як відбувається пружна деформація, т. є. Як виникають сили пружності. Частинки кристалічного тіла розташовуються один щодо одного на певних відстанях, і між ними діють сили тяжіння і відштовхування. Коли тіло знаходиться в недеформованому стані, сума сил, що діють на кожну частку з боку інших, дорівнює нулю, а потенційна енергія частинок мінімальна. Якщо один кінець […]...
- Релятивістська квантова механіка У 1927 р англійський фізик Поль Дірак звернув увагу на те, що для опису руху відкритих на той час мікрочастинок (електрона, протона і фотона), т. К. Вони рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла, потрібно застосування спеціальної теорії відносності. П. Дірак склав рівняння, яке описувало рух електрона з урахуванням законів і квантової механіки, і теорії […]...
- Що таке фотони У результаті дослідження явищ, пов’язаних із взаємодією світла і речовини (теплове випромінювання і фотоефект), фізики прийшли до висновку, що світло складається з окремих порцій енергії – фотонів. Випромінювання світла, його поширення та поглинання відбувається строго цими порціями. Фотони мають енергією і імпульсом і можуть обмінюватися ними з частками речовини (скажімо, з електронами або атомами). Як […]...
- Енергетичні рівні і зони в атомах Згідно постулату де Бройля електрон може рухатися тільки по орбіті, уздовж якої укладається ціле число його хвиль. В ізольованому атомі з одним електроном швидкість руху електрона по дозволеної орбіті встановлюється такий, при якій відцентрова сила врівноважує силу тяжіння негативно зарядженого електрона до позитивно зарядженого ядра. Кожній дозволеної орбіті відповідає своя швидкість і, отже, своя кінетична […]...
- Хімічні рівняння: пояснення Хімічне рівняння – це умовне зображення хімічної реакції за допомогою хімічних формул речовин, числових коефіцієнтів і математичних символів. При запису хімічних рівнянь повинен суворо дотримуватися закон збереження маси: маси вступили в реакцію речовин, дорівнюють масі продуктів реакції. Хімічна реакція – процес, при якому речовини, що володіють певним складом і властивостями, перетворюються в інші речовини – […]...
- Магнітні властивості речовини. Магнітна проникність Численні досліди свідчать про те, що всі речовини, вміщені в магнітне поле, намагнічуються і створюють власне магнітне поле, дія якого складається з дією зовнішнього магнітного поля. Магнітна проникність – це фізична скалярна величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в даній речовині відрізняється від індукції магнітного поля у вакуумі. Речовини, що ослабляють зовнішнє […]...
- Що таке електрон Електрон – це електрично заряджена елементарна частинка, тобто частинка, електричний заряд якої нескінченно малий. Електрон є однією з основних частинок в електроніці, рухом якої обумовлено появою електричного струму в електричному ланцюзі. Крім цього електрон використовують як основне зображення практично всіх заряджених частинок для пояснення фізичних і електричних властивостей, напівпровідників, провідників і діелектриків. В електроніці прийнято […]...
- Постулати Бора – доповідь Виходячи з усього описаного, і того, що навколо нас не відбувається постійного руйнування всіх предметів, можна зробити висновок, що закони механіки не є справедливими для мікросвіту. А що насправді відбувається в атомі, ми розглянемо прямо зараз. Описати, що відбувається в атомі гідрогену, ризикнув вчений Н. Бор, який запропонував кілька правил (постулатів), які певним чином відрізнялися […]...
- Інтенсивність відбитого і заломленого світла Закони геометричної оптики дозволяють визначити тільки напрямок світлових променів, але нічого не говорять про їх інтенсивності. Досвід показує, що співвідношення інтенсивностей відбитого і зламаного променів сильно залежить від кута падіння. При нормальному падінні світла на поверхню, наприклад, води, енергія відбитого променя складає всього 2% від енергії падаючого променя. Але при ковзному падінні відбивається майже все […]...
- Рентгенівські спектри Оптичні спектри виникають при переходах слабше всього пов’язаного з ядром оптичного електрона зі збудженого стану в основний. Збудження атомів може відбуватися за рахунок зіткнень між атомами, зіткнень атомів з електронами або за рахунок поглинання фотонів. При поглинанні атомом порції енергії, достатньої для виривання (або збудження) одного з внутрішніх електронів, випускається характеристичне рентгенівське випромінювання. Відповідна порція […]...
- Формування класичного природознавства Розвиток точних наук, початок експериментального дослідження природи. Г. Галілеї – перший класик класичного природознавства. Методологічний арсенал і можливості наукового експерименту. Розширення емпіричних і теоретичних горизонтів науки. Захист права на свободу наукових досліджень. Організаторська і науково-філософська діяльність Ф. Бекона. “Знання сила”. Зміна соціального статусу науки. “Республіка вчених”. Природа як “причина самої себе”. Перехід від телеологічних (для […]...
- Гіпотеза де Бройля Дослід Комптона породив одну досить дивну, на перший погляд, теорію. У всякому разі, Ейнштейн, прочитавши роботу де Бройля, назвав її маренням божевільного. Потім він змінив свою думку, але сказаного ж не повернеш. Можливо, тому теорію де Бройля досі називають гіпотезою, як би відсторонюючись від неї. Звернімося до фактів. Луї де Бройль (молодший із братів де […]...
- Електризація під дією світла Фотоелектричний ефект. Провідники можуть заряджатися також під дією світла. Явище полягає в тому, що під дією світла електрони можуть вилетіти з провідника в навколишній простір, завдяки чому провідник заряджається позитивно. Це явище отримало назву фотоелектричного ефекту або фотоефекту. На рис. 18 зображений досвід, який в простій формі дозволяє виявити і спостерігати виникнення на провідниках електричного […]...
- Електричні провідники Як ми пам’ятаємо фізичні тіла складаються атомів і молекул (більш складна структура з атомів), які представляють собою ядра і електрони, що обертаються навколо ядер по своїх орбітах. Атоми в твердому речовині розташовуються відносно один одного в строго певному порядку. Цей порядок обумовлений приналежністю до певного речовини. Електронів в різних речовинах ведуть себе неоднаково. У деяких […]...
- Будова атома вуглецю В даний час органічну хімію розглядають як хімію з’єднань вуглеводу, але, віддаючи данину поваги історії, як і раніше продовжують називати її органічною хімією. Тому так важливо більш докладно розглянути будову атома цього елемента, характер і просторове напрямок утворюваних нею хімічних зв’язків. Атом вуглецю складається з ядра, що має позитивний заряд +6 (так як містить шість […]...
- Художня культура класичного періоду мезоамерики Найдавнішою цивілізацією доколумбової Америки була культура ольмеків, що проживали на узбережжі Мексиканської затоки в II-I тисячоліттях до н. е. Дослідження показали, що у ольмеків були добре сплановані культурні центри і ступінчасті піраміди, кам’яна скульптура, предмети декоративно-прикладного мистецтва, ієрогліфічна писемність, ритуальний календар. Архітектура ольмеків збереглася погано, так як в якості будівельного матеріалу використовувалися земля і щебінь, […]...
- Квантова механіка Другим, на думку лорда Кельвіна (У. Томсона), відсутнім елементом для завершення будівлі фізики на рубежі XIX-XX ст. було серйозне розбіжність між теорією і експериментом при дослідженні законів теплового випромінювання абсолютно чорного тіла. Згідно панівної теорії воно має бути безперервним, континуальним. Однак це призводило до парадоксальних висновків на зразок того, що загальна енергія, що випромінюється чорним […]...
- Кристалічна структура кремнію Тепер ми готові докладніше вивчити внутрішній устрій напівпровідників. В якості прикладу розглянемо найпоширеніший в природі напівпровідник – кремній. Аналогічну будову має і другий за важливістю напівпровідник – германій. Зверніть увагу, що кожен атом кремнію скріплений з чотирма сусідніми атомами. Чому так виходить? Справа в тому, що кремній четирехвалентен – на зовнішній електронній оболонці атома кремнію […]...
- Квантові властивості атомів Випромінювання атомів. Істотно важливу інформацію про атоми фізики отримують при дослідженні їх електромагнітного випромінювання. Досвід показує, що оптичні спектри атомів є лінійчатими. Це означає, що спектри випромінювання атомів складаються з окремих спектральних ліній. При цьому кожен атом має свій характерний лінійчатий оптичний спектр. Так, для найпростішого атома водню ще в 1885 р була знайдена емпірично […]...
- Розвиток уявлень про світло в 17-20 століттях Питання, що представляє собою світло і які його властивості, хвилювало вчених ще в глибоку давнину. Вчення про світло розвивалося таким чином, що ряд законів, яким підкоряються світлові явища, був встановлений раніше, ніж стало зрозуміло, яка ж природа світла. До таких законів належать закони прямолінійного поширення, відображення, заломлення, повного внутрішнього відбиття світла. Однак пояснення ці закони […]...
- Загальна характеристика P-, S-, D-елементів Елементи в періодичній системі Менделєєва діляться на: S-; P-; D-елементи. Цей підрозділ здійснюється на основі того, скільки рівнів має електронна оболонка атома елемента і яким рівнем закінчується заповнення оболонки електронами. До s-елементів відносять елементи A-групи – лужні метали. Електронна формула валентної оболонки атомів лужних металів ns1. Стійка ступінь окислювання дорівнює +1. Елементи IА-групи мають подібні […]...
- Електрон і протон До початку 20 століття вчені вважали атом щонайменшої неподільною часткою речовини, але це виявилося не так. Насправді, в центру атома розташовується його ядро з зарядженими позитивно протонами і нейтральними нейтронами, навколо ядра по орбиталям обертаються негативно заряджені електрони (дана модель атома була в 1911 році запропонована Е. Резерфордом). Примітно, що маси протонів і нейтронів практично […]...
- Генетичні пояснення структурних ознак Подальші можливості генетичного пояснення структурних ознак. У попередніх розділах, що стосуються зокрема тіпоморфних структур, геологічних термометрів і реліктів, автор неодноразово говорив про значення структур для пояснення умов утворення родовищ. При цьому багато разів підкреслювалося, що наведені дані є аж ніяк не повними. Тут наводиться тільки кілька можливих пояснень, які не були охоплені попередніми розділами. Такий […]...
- Як долати труднощі Необхідність в подоланні різних життєвих труднощів виникає в нашому житті постійно. Це така робота, яку ми регулярно змушені виконувати. Адже уявити собі життя без труднощів, просто на просто неможливо. Труднощі виникають у всіх і завжди. Неважливо, де і як живе людина, з певними життєвими труднощами він буде стикатися постійно, тому що вони неминучі. А раз […]...
- Розсіювання світла З класичної точки зору процес розсіювання світла полягає в тому, що світло, проходячи через речовину, збуджує коливання електронів в атомах. Хиткі електрони стають джерелами вторинних хвиль. Вторинні хвилі є когерентними і тому повинні інтерферувати. У разі однорідного середовища вторинні хвилі гасять один одного у всіх напрямках, крім напрямку поширення первинної хвилі. Тому розсіювання світла, тобто […]...
- Електрон “Фізик Дж. Дж. Томсон любив посміятися, – розповідає письменниця Джозефа Шерман. – Але він був також незграбний. Пробірки ламалися у нього в руках, а прилади відмовлялися працювати “. Проте нам пощастило, що Томсон відрізнявся завзятістю і відкрив те, що підозрювали Бенджамін Франклін та інші вчені: електричні явища виробляються крихітними носіями електричного заряду. У 1897 р […]...