Квантовые свойства света

 Квантовые свойства света

Энергия любого вида электромагнитного излучения, в том числе и светового, всегда состоит из отдельных порций. Эти порции энергии, обладающие свойствами материальной частицы, называются квантами излучения или фотонами. Фотон – это элементарная частица. Энергия фотона ε зависит от частоты излучения ν:

где ε = 6,625·10^-27 эрг·сек называется постоянной Планка.

Согласно основным положениям современной физики изменению энергии какой-либо системы на величину ε соответствует изменение ее массы на величину ε/c² (c – скорость света в вакууме). Поэтому при излучении одного фотона масса излучающего тела уменьшается на величину

Свойства излучения, обусловленные его квантовым характером, называются квантовыми (или корпускулярными).

Свету, как и всем другим видам электромагнитного излучения, присущи как волновые, так и корпускулярные свойства.

Фотоэффектом называются электрические явления, которые происходят при освещении светом вещества, а именно: выход электронов из вещества (фотоэлектронная эмиссия), возникновение ЭДС, изменение электропроводимости.

Фотоэффект является одним из примеров проявления корпускулярных свойств света. Вылет электронов из освещенных тел называют внешним фотоэффектом.

 Законы внешнего фотоэффекта

1. Число электронов, освобожденных светом за 1 сек (или ток насыщения), прямо пропорционально световому потоку (при неизменном его спектральном составе).

2. Наибольшая скорость вылетевших электронов v_макс не зависит от силы света, а определяется частотой падающего света. Эта скорость может быть определена из уравнения Эйнштейна:

1)

где

hν	—	энергия светового фотона;
φ	—	работа выхода;
m	—	масса электрона.

3. Для каждого вещества существует определенная частота, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота называется красной границей фотоэффекта (ν_к). Она определяется из соотношения

2)

Сущность внутреннего фотоэффекта состоит в том, что при освещении полупроводников и диэлектриков от некоторых атомов отрываются электроны, которые, однако, в отличие от внешнего фотоэффекта, не выходят через поверхность тела, а остаются внутри него. В результате внутреннего фотоэффекта возникают электроны в зоне проводимости и сопротивление полупроводников и диэлектриков уменьшается.

При освещении границы раздела между полупроводниками с различным типом проводимости возникает электродвижущая сила. Это явление называется вентильным фотоэффектом.

На явлениях фотоэффекта основано устройство фотоэлементов, фотосопротивлений, вентильных фотоэлементов и солнечных батарей.