Задерживающее напряжение u в

Определить задерживающее напряжение при котором фототок прекращается

Пример 1. Максимум спектральной плотности энергетической светимости Солнца приходится на длину волны l = 0,48 мкм. Считая, что Солнце излучает как черное тело, определить: 1) температуру его поверхности; 2) мощность, излучаемую его поверхностью.

Решение. Согласно закону смещения Вина, искомая температура поверхности Солнца , где b = 2,9 10 -3 м ×К – постоянная Вина.

Мощность, излучаемая поверхностью Солнца, равна:

где – энергетическая светимость черного тела (Солнца); – площадь поверхности Солнца. Согласно закону Стефана-Больцмана, , где = 5,67 10 -8 Вт/(м 2 К 4 ) – постоянная Стефана-Больцмана.

Подставив записанные выражения в формулу (1), найдем искомую мощность, излучаемую поверхностью Солнца:

Вычисляя, получим: 1) = 6040 К, 2) = 4,58 10 26 Вт.

Пример 2. Натрий освещается монохроматическим светом с длиной волны = 40 нм. Определить наименьшее задерживающее напряжение ( ), при котором фототок прекратится.

«Красная граница» фотоэффекта для натрия = 584 нм.

Решение. Задерживающее напряжение можно определить из выражения:

где е = 1,6×10 -16 Кл – заряд электрона. Кинетическую энергию электрона определим из уравнения Эйнштейна:

Подставив формулу (3) в (2), получим:

Подставив формулу (4) в (1), найдем искомое задерживающее напряжение:

Пример 3. Определить максимальное изменение длины волны при комптоновском рассеянии света на свободных электронах.

Решение. Для определения максимального изменения длины волны воспользуемся формулой Комптона:

где — изменение длины волны фотона в результате рассеяния на свободном электроне; h – постоянная Планка, m – масса покоя электрона; с— скорость света в вакууме; θ – угол рассеяния фотона, для определения максимальной длины волны угол рассеяния равен 180 градусов, тогда получим:

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Квантовая природа излучения

201. Определите работу выхода A электронов из вольфрама, если «красная граница» фотоэффекта для него λ = 275 нм.

202. Калий освещается монохроматическим светом с длиной волны 400 нм. Определите наименьшее задерживающее напряжение, при котором фототок прекратится. Работа выхода электронов из калия равна 2,2 эВ.

203. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна 500 нм. Определите: 1) работу выхода электронов из этого металла; 2) максимальную скорость электронов, вырываемых из этого металла светом с длиной волны 400 нм.

204. Выбиваемые светом при фотоэффекте электроны при облучении фотокатода видимым светом полностью задерживаются обратным напряжением U = 1,2 В. Специальные измерения показали, что длина волны падающего света λ = 400 нм. Определите красную границу фотоэффекта.

205. Задерживающее напряжение для платиновой пластинки (работа выхода 6,3 эВ) составляет 3,7 В. При тех же условиях для другой пластинки задерживающее напряжение равно 5,3 В. Определите работу выхода электронов из этой пластинки.

206. Определите, до какого потенциала зарядится уединенный серебряный шарик при облучении его ультрафиолетовым светом длиной волны λ = 208 нм. Работа выхода электронов из серебра A = 4,7 эВ.

Читайте также: Что такое точность стабилизации выходного напряжения

207. При освещении вакуумного фотоэлемента монохроматическим светом с длиной волны λ₁ = 0,4 мкм он заряжается до разности потенциалов φ₁ = 2 В. Определите, до какой разности потенциалов зарядится фотоэлемент при освещении его монохроматическим светом с длиной волны λ₁ = 0,3 мкм.

208. Плоский серебряный электрод освещается монохроматическим излучением с длиной волны λ = 83 нм. Определите, на какое максимальное расстояние от поверхности электрода может удалиться фотоэлектрон, если вне электрода имеется задерживающее электрическое поле напряженностью E = 10 В/см. Красная граница фотоэффекта для серебра λ = 264 нм.

209. Фотоны с энергией ε = 5 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода A = 4,7 эВ. Определите максимальный импульс, передаваемый поверхности этого металла при вылете электрона.

210. При освещении катода вакуумного фотоэлемента монохроматическим светом с длиной волны λ = 310 нм фототок прекращается при некотором задерживающем напряжении. При увеличении длины волны на 25% задерживающее напряжение оказывается меньше на 0,8 В. Определите по этим экспериментальным данным постоянную Планка.

211. Определите максимальную скорость V_max фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка (работа выхода A = 4 эВ), при облучении у -излучением с длиной волны λ = 2,47 пм.

212. Определите для фотона с длиной волны λ = 0,5 мкм: 1) его энергию; 2) импульс; 3) массу.

213. Определите энергию фотона, при которой его эквивалентная масса равна массе покоя электрона. Ответ выразите в электрон-вольтах.

214. Определите, с какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона, длина волны которого λ = 0,5 мкм.

215. Определите длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, прошедшего разность потенциалов U = 9,8 В.

216. Определите температуру, при которой средняя энергия молекул трехатомного газа равна энергии фотонов, соответствующих излучению λ = 600 нм.

217. Определите, с какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его кинетическая энергия была равна энергии фотона, длина волны которого λ = 0,5 мкм.

218. Определите, с какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона, длина волны которого λ = 2 пм.

220. Давление монохроматического света с длиной волны λ = 500 нм на зачерненную поверхность, расположенную перпендикулярно падающим лучам, равно 0,12 мкПа. Определите число фотонов, падающих ежесекундно на 1 м 2 поверхности.

221. На идеально отражающую поверхность площадью S = 5 см 2 за время t = 3 мин нормально падает монохроматический свет, энергия которого W = 9 Дж. Определите: 1) облученность поверхности; 2) световое давление, оказываемое на поверхность.

Ошибка в тексте? Выдели её мышкой и нажми

Остались рефераты, курсовые, презентации? Поделись с нами — загрузи их здесь!

Определить задерживающее напряжение при котором фототок прекращается

Монохроматический свет с энергией фотонов E_ф падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Напряжение, при котором фототок прекращается, равно U_зап. Как изменятся модуль запирающего напряжения U_зап и длина волны λ_кр, соответствующая «красной границе» фотоэффекта, если энергия падающих фотонов E_ф увеличится?

Читайте также: Преобразователи напряжения 2412 в

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в ответ выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Энергия налетающих фотонов передаётся электронам и расходуется на преодоление электронами работы выхода из металла и увеличение скорости электронов Запирающее напряжение определяется максимальной кинетической энергией вылетевших электронов: С увеличением энергии налетающих фотонов увеличится запирающее напряжение. «Красная граница» фотоэффекта — это максимальная длина волны при которой ещё происходит фотоэффект и она зависит от работы выхода, не зависит от энергии налетающих фотонов. Следовательно, при увеличении энергии налетающих фотонов длина волны, соответствующая «красной границе» фотоэффекта не изменится.

Определить задерживающее напряжение при котором фототок прекращается

Решение задач по физике, внешний фотоэффект

Задача 542. Определить работу выхода А электронов из вольфрама, если «красная граница» граница фотоэффекта для него λ0=275 нм.

Задачи для самостоятельного решения:

задача 1. Калий освещается монохроматическим светом с длиной волны 400 нм. Определить наименьшее задерживающее напряжение, при котором фототок прекратится. Работа выхода электронов из калия равна 2,2 эВ. (Ответ: 0,91 В).

задача 2. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна 500 нм. Определить: 1) работу выхода электронов из этого металла; 2) максимальную скорость электронов, вырываемых из этого металла светом с длиной волны 400 нм. (Ответ:1) 2,48 эВ; 2) 468 км/с).

Задача 3. Выбиваемые светом при фотоэффекте электроны при облучении фотокатода видимым светом полностью задерживаются обратным напряжением U0 = l,2 B. Специальные измерения показали, что длина волны падающего света λ = 400 нм. Определить красную границу фотоэффекта. (Ответ: 652 нм).

Задача 4. Задерживающее напряжение для платиновой пластинки (работа выхода 6,3 эВ) составляет 3,7 В. При тех же условиях для другой пластинки задерживающее напряжение равно 5,3 В. Определить работу выхода электронов из этой пластинки. (Ответ: 4,7 эВ).

Задача 5. Определить, до какого потенциала зарядится уединенный серебряный шарик при облучении его ультрафиолетовым светом длиной волны λ = 280 нм. Работа выхода электронов из серебра А = 4,7 эВ. (Ответ: 1,27 В).

Задача 6. При освещении вакуумного фотоэлемента монохроматическим светом с длиной волны λ1 = 0,4 мкм он заряжается до разности потенциалов φ1 = 2 В. Определить, до какой разности потенциалов зарядится фотоэлемент при освещении его монохроматическим светом с длиной волны λ2 = 0,3 мкм. (Ответ: 3,04 В).

Читайте также: Напряжение аккумулятора автомобиля зимой после стоянки

Задача 7. Плоский серебряный электрод освещается монохроматическим излучением с длиной волны λ = 83 нм. Определить, на какое максимальное расстояние от поверхности электрода может удалиться фотоэлектрон, если вне электрода имеется задерживающее электрическое поле напряженностью Е = 10 В/см. Красная граница фотоэффекта для серебра λ0 = 264 нм.

Задача 8. Фотоны с энергией ε = 5 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода А = 4,7 эВ. Определить максимальный импульс, передаваемый поверхности этого металла при вылете электрона. (Ответ: 2,96.10-25 кг. м/с).

Задача 9. При освещении катода вакуумного фотоэлемента монохроматическим светом с длиной волны λ = 310 нм фототок прекращается при некотором задерживающем напряжении. При увеличении длины волны на 25 % задерживающее напряжение оказывается меньше на 0,8 В. Определить по этим экспериментальным данным постоянную Планка. (Ответ: 6.61.10-34 Дж.с).

Задача 10. Определить максимальную скорость υmax фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка (работа выхода А = 4 эВ), при облучении γ-излучением с длиной волны λ = 2,47 пм. (Ответ: 259 Мм/с).

Найти величину задерживающего потенциала для фотоэлектронов, испускаемых при освещении калия светом, длина волны которого равна 3300 A.

Готовое решение: Заказ №8379

Тип работы: Задача

Статус: Выполнен (Зачтена преподавателем ВУЗа)

Предмет: Физика

Дата выполнения: 28.08.2020

Цена: 209 руб.

Чтобы получить решение , напишите мне в WhatsApp , оплатите, и я Вам вышлю файлы.

Кстати, если эта работа не по вашей теме или не по вашим данным , не расстраивайтесь, напишите мне в WhatsApp и закажите у меня новую работу , я смогу выполнить её в срок 1-3 дня!

Описание и исходные данные задания, 50% решения + фотография:

№1(2) 57. Найти величину задерживающего потенциала для фотоэлектронов, испускаемых при освещении калия светом, длина волны которого равна 3300 A.

Формула Эйнштейна для фотоэффекта: , где – энергия фотона; – работа выхода электрона из металла; – максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов. Откуда максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов: . Энергия фотона равна: . Если приложить задерживающую разность потенциалов , то на катод вернутся те электроны, кинетическая энергия T которых меньше потенциальной энергии eU электрона в задерживающем электрическом поле:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

• Напряжение
• Реле
• Трансформатор

• Что такое рекуперация на электровозе
• Чем отличается электровоз от тепловоза
• Чем глушитель отличается от резонатора
• Стойки стабилизатора как определить неисправность
• Стабилизатор поперечной устойчивости как работает

Что такое задерживающая разность потенциалов

Внешние воздействия на проводник вызывают возникновение в нем различных реакций, которые оказывают влияние на его проводимость, а также способствуют появлению совершенного иного вида энергии. Статья расскажет о том, что такое задерживающая разность потенциалов, приведет пример возникновения этого эффекта и используемые формулы для его расчетов.

Фотоэффект

Фотоэффект называется способность металла испускать часть своих электронов под воздействием света. Если проводник или металл находятся в состоянии покоя, то в их структуре происходит свободное перемещение электронов. Причем эти частицы все время пытаются сместиться к поверхности тела и покинуть его пределы. Препятствием для свободного покидания электронами данного тела служат положительно заряженные ионы. Ведь именно этими положительными зарядами и удерживаются электроны. Открыл фотоэффект в 1887 г. немецкий ученый Генрих Р. Герц. Кроме того над изучением фотоэффекта довольно долго работали такие ученые — А.Г. Столетов и Ф. Леонард.

Задерживающая разность потенциалов — определение и используемые формулы

Величину фототока насыщения I_нас определяет количество электронов, которые испускаются катодом под воздействием света за единицу времени.

В таком случае количество фотоэлектронов n, которые покидают катод в течение 1 секунды, получится вычислить с помощью такого выражения:

В данном выражении е является абсолютной величиной заряда электрона.

Фотоэлектроны, которые испускают катод, будут иметь разные начальные скорости. При этом кинетические энергии их будут также различными. Когда U равняется 0, определенная часть фотоэлектронов с достаточной кинетической энергией, чтобы достигнуть анода будут преодолевать поле, создаваемое облаком фотоэлектронов на поверхности катода. За счет этого будет создаваться небольшой по величине фототок. Если напряжение будет уменьшаться от ноля до –U₀, фототок плавно уменьшается, а для случая U = –U₀ он прекращается. В данном случае напряжение U₀ и будет задерживающим напряжением.

Задерживающая разность потенциалов или задерживающее напряжение — это величина отрицательного напряжения U₀, при котором фототок будет иметь силу I равную 0. За счет работы сил тормозящего электрополя, происходит уменьшение кинетической энергии фотоэлектронов. Чтобы удержать все электроны, имеющих наибольшую кинетическую энергию, электрическое поле должно будет совершать работу e×U₀. В данном случае будет верным следующее выражение:

Экспериментальным путем на данный момент определены 3 закона внешнего фотоэффекта:

1. Если спектральный состав света, попадающего на катод неизменный, то в данном случае световой поток будет пропорционален фототоку насыщения I_нас~Ф.
2. Величина максимальной кинетической энергии фотоэлектронов для этого вещества будет иметь прямую зависимость от частоты падающего света, а от интенсивности эта энергия зависеть не будет.
3. У всех веществ имеется красная граница внешнего фотоэффекта, то есть наименьшая частота света ν_кр (наибольшая длина волны λ_кр). Только при таком условии фотоэффект будет еще возможен.

Альбертом Эйнштейном в 1905 г. было доказано, что задерживающая разность потенциалов прямопропорциональна величине частоты падающего на поверхность металла света. Нобелевской премией за объяснение фотоэффекта ученый был награжден в 1921 г.

Он вывел свою формулу для фотоэффекта, которую можно увидеть ниже

Пример задачи

Приведем только для ознакомительных целей решение следующей задачи. Необходимо найти задерживающую разность потенциалов U, если освещаемый металл катода это литий. При этом А=2.3 эВ, а длина световой волны λ равняется 200 нм.

Решение данной задачи можно увидеть на рисунке, который приведен ниже.

Таким образом согласно приведенного выше решения получается, что задерживающая разность потенциалов лития при таких условиях будет составлять 3.92 вольт. При увеличении этого значения, фотоэлектрон сможет покинуть поверхность металла.

Заключение

Фотоэффект и задерживающая разность потенциалов нашли очень широкое применение в различных сферах. Их в наше время используют во многих областях науки и техники. В астрономии, ядерной физике, фототелеграфии и телевидении устройства на основе фотоэффекта (ФЭУ) используются, чтобы измерить малые световые потоки или сделать спектральный анализ какого-то вещества. А в медицине на данном эффекте работают различные электронно-оптические преобразователи (ЭОП), которые используются, например, для усиления яркости рентгеновского изображения. За счет этого снимки становятся более яркими и четкими, а сама доза облучения человека при этом довольно сильно уменьшается.

Видео по теме

Как определить постоянную планка по запирающему напряжению

Как определить постоянную планка по запирающему напряжению

Один из способов измерения постоянной Планка основан на определении максимальной кинетической энергии фотоэлектронов с помощью измерения задерживающего напряжения. В таблице представлены результаты одного из первых таких опытов.

Задерживающее напряжение U, В

По результатам данного эксперимента определите постоянную Планка с точностью до первого знака после запятой. В ответе приведите значение, умноженное на 10 34.

Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта для обоих значений задерживающего напряжения: Вычтя из второго равенства первое, получим соотношение, из которого уже легко оценить постоянную Планка:

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Исследовательский проект «Определение постоянной Планка»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №3»

Научно-исследовательский проект
Фотоэффект. Определение постоянной Планка

Сычков Никита Алексеевич
ученик 10«А» класса МБОУ СОШ №3

Руководитель проекта:
Вольнова Светлана Юрьевна
учитель физики

Список используемой литературы…………………………………………………………..8 стр.

Я давно интересуюсь работами Эйнштейна и как-то столкнулся в литературе с фотоэффектом. Я понял, что используемые мною фоторезисторы и фотоэлементы, работают как раз на этом явлении, и решил, как следует его изучить и найти практическое применение фотоэффекта в технике.

Окончательно я определился с темой проекта после того, как от нашего учителя физики узнал о наличии в кабинете установки для определения постоянной Планка. Эту тему я считаю актуальной, т.к. открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. И как многие открытия физики дало человеку в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство, улучшать условия жизни.

Цель работы: ввести теоретические основы фотоэффекта и его законы; определить опытным путем значение постоянной Планка.

Изучить и проанализировать данные в литературе по теме исследования.

Провести эксперимент по определению постоянной Планка.

Обработать результаты эксперимента, сделать выводы.

Объект исследования: явление фотоэффекта.

Предмет исследования: постоянная Планка.

Изучение литературы по данной теме.

В 1839 году Александр Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в электролите.

В 1873 году Виллоби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим.

1873 г. — первые сообщения о зависимости сопротивления селена от освещения.

1875 г. — построение первого селенового фотоэлемента, использующего это свойство.

1876 г. — первый селеновый фотоэлемент с запирающим слоем.

1887 г. – открытие Г. Герцем внешнего фотоэффекта, который установил, что электрический разряд между двумя проводниками происходит значительно сильнее, когда металлические электроды освещаются светом, богатым ультрафиолетом (например, светом от искры другого разрядника).

1888 г. – итальянский уч. Аугусто Риги обнаружил, что проводящая пластинка, освещенная пучком ультрафиолетовых лучей, заряжается положительно; ввел термин фотоэлектрические явления.

1888 г. — А. Г. Столетовым выполнены фундаментальные работы по исследованию фотоэмиссии и сформулированы основные законы внешнего фотоэффекта.

1889 г. — Ф. Ленард и Дж. Дж. Томсон доказали, что при фотоэффекте испускаются электроны.

1889 г. — Эльстер и Гейтель построили первый вакуумный фотоэлемент с фотокатодом из сплава натрия и калия.

1905 г. — А. Эйнштейн объяснил основные закономерности фотоэффекта на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света, за что в 1921 году он, благодаря номинации шведского физика Карла Вильгельма Озеена, получил Нобелевскую премию.

А. Эйнштейн предположил, что свет излучается и поглощается определенными порциями, причем энергия каждой такой порции определяется формулой E = hν, где h – постоянная Планка. Эйнштейн сделал следующий шаг в развитии квантовых представлений. Он пришел к выводу, что свет имеет прерывистую (дискретную) структуру. Электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A(вых), зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии: = hν —

Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.

С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна следуют линейная зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света, существование красной границы, безынерционность фотоэффекта. Общее число фотоэлектронов, покидающих за 1 с поверхность катода, должно быть пропорционально числу фотонов, падающих за то же время на поверхность. Из этого следует, что ток насыщения должен быть прямо пропорционален интенсивности светового потока.

Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e: (смотрите приложение №1)

Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Такие измерения были выполнены в 1914 г. Р. Милликеном и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком. Эти измерения позволили также определить работу выхода A:

где c – скорость света, λ(кр) – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта. У большинства металлов работа выхода составляет несколько электрон-вольт (1 эВ = 1,602·10–19 Дж). В квантовой физике электрон-вольт часто используется в качестве энергетической единицы измерения

Среди металлов наименьшей работой выхода обладают щелочные элементы. Например, у натрия A = 1,9 эВ, что соответствует красной границе фотоэффекта λкр ≈ 680 нм. Поэтому соединения щелочных металлов используют для создания катодов в фотоэлементах, предназначенных для регистрации видимого света.

Итак, законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов.

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. Если явление сопровождается выходом электронов за пределы вещества, фотоэффект называют внешним, если не сопровождается – внутренним. Во втором случае он проявляется в изменении концентрации электронов и других носителей зарядов в различных частях вещества, изменяя его электрические и оптические свойства.

1. Число фотоэлектронов, вырываемых за 1 с с поверхности катода, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит линейно от его частоты.

3. Красная граница фотоэффекта зависит только от рода вещества катода.

4. Фотоэффект практически безынерционен, так как с момента облучения металла светом до вылета электронов проходит время с.

5. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота или максимальная длина волны, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Все законы были установлены опытным путем.

Внешний фотоэффект нашёл применение в технике ещё в первой половине XX века. Это, конечно же, голос прежде немого кинематографа. Фотоэлемент позволяет превратить звук, «сфотографированный» на киноплёнке, в слышимый. Свет обычной лампы проходил через звуковую дорожку киноплёнки, изменялся и попадал на фотоэлемент (смотрите приложение №2).

Чем больше света проходило через дорожку, тем громче был звук в динамике. В неживой природе внешний фотоэффект проявляется миллионы лет в планетарных масштабах. Мощное солнечное излучение, воздействуя на атомы и молекулы земной атмосферы, выбивает из них электроны, то есть ионизирует верхние слои атмосферы.

Внутренний фотоэффект в настоящее время в технике используется гораздо чаще внешнего. Например, он превращает свет в электрический ток в фотоэлементах и огромных солнечных батареях космических кораблей. Фотоэффект «работает» и в специальных светочувствительных приборах, таких как, фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Благодаря этому можно считать детали на конвейере или производить автоматическое включение и выключение различных механизмов (маяки, уличное освещение, автоматическое открывание дверей и др.). Также благодаря внутреннему фотоэффекту можно преобразовывать изображение в электрические сигналы и передавать на расстояние (телевидение).

Наиболее крупномасштабное применение фотоэффекта сегодня – это уже построенные солнечные электростанции (смотрите приложение №3), а также проекты строительства новых таких станций мощностью до нескольких сотен мегаватт. По оценкам специалистов, в 2020 году до 20% мировой электроэнергии будет производиться за счет фотоэлектрического преобразования солнечной энергии на Земле и в космосе.

Постоянная Планка

Постоя́нная Пла́нка , обозначаемая как h , является физической постоянной, используемой для описания величины кванта действия в квантовой механике. Данная постоянная впервые появилась в работах М. Планка, посвящённых тепловому излучению, и потому названа в его честь. Она присутствует как коэффициент между энергией E и частотой ν фотона в формуле Планка:

Скорость света c связана с частотой ν и длиной волны λ соотношением:

С учётом этого соотношение Планка записывается так:

Часто применяется величина

Дж•c,

эрг•c,

эВ•c,

называемая редуцированной (или рационализированной) постоянной Планка или постоянной Дирака .

Постоянную Дирака удобно использовать тогда, когда применяется угловая частота ω , измеряемая в радианах за секунду, вместо обычной частоты ν , измеряемой количеством циклов за секунду. Так как ω = 2π ν , то справедлива формула:

Согласно гипотезе Планка, впоследствии подтверждённой, энергия атомных состояний является квантованной. Это приводит к тому, что нагретое вещество излучает электромагнитные кванты или фотоны определённых частот, спектр которых зависит от химического состава вещества.

В Юникоде постоянная Планка занимает позицию U+210E (h), а постоянная Дирака U+210F (ħ).

Содержание

• 1 Величина
• 2 Происхождение постоянной Планка
  • 2.1 Излучение чёрного тела
  • 2.2 Фотоэффект
  • 2.3 Структура атома
  • 2.4 Принцип неопределённости
  • 2.5 Спектр тормозного рентгеновского излучения
  • 3.1 Масса покоя электрона
  • 3.2 Постоянная Авогадро
  • 3.3 Элементарный заряд
  • 3.4 Магнетон Бора и ядерный магнетон
  • 4.1 Постоянная Джозефсона
  • 4.2 Баланс мощности
  • 4.3 Магнитный резонанс
  • 4.4 Постоянная Фарадея
  • 4.5 Рентгеновская плотность кристалла

  Величина

  Постоянная Планка имеет размерность энергии, умноженной на время, как и размерность действия. В международной системе единиц СИ постоянная Планка выражается в единицах Дж•с. Такую же размерность имеет произведение импульса на расстояние в виде Н•м•с, а также момент импульса.

  Значение постоянной Планка равно: [1]

  Дж•с эВ•с.

  Две цифры между скобками обозначают неопределённость в двух последних цифрах значения постоянной Планка (данные обновляются приблизительно каждые 4 года).

  Происхождение постоянной Планка

  Излучение чёрного тела

  Основная статья : Формула Планка

  

  

  Интенсивность света, излучаемая чёрным телом в зависимости от длины волны. Кривые обозначены разным цветом и построены для разных температур тела. Планк был первым, кто объяснил форму этих кривых

  В конце 19 века Планк исследовал проблему излучения абсолютно чёрного тела, которую за 40 лет до этого сформулировал Кирхгоф. Нагретые тела светятся тем сильнее, чем выше их температура и больше внутренняя тепловая энергия. Теплота распределяется между всеми атомами тела, приводя их в движение друг относительно друга и к возбуждению электронов в атомах. При переходе электронов к устойчивым состояниям излучаются фотоны, которые могут снова поглощаться атомами. При каждой температуре возможно состояние равновесия между излучением и веществом, при этом доля энергии излучения в общей энергии системы зависит от температуры. В состоянии равновесия с излучением абсолютно чёрное тело не только поглощает всё падающее на него излучение, но и излучает само то же самое количество энергии, по определённому закону распределения энергии по частотам. Закон, связывающий температуру тела с мощностью общей излучаемой энергии с единицы поверхности тела, носит название закон Стефана-Больцмана и был установлен в 1879–1884 гг.

  При нагревании увеличивается не только общее количество излучаемой энергии, но меняется и состав излучения. Это видно по тому, что меняется цвет нагреваемых тел. Согласно закону смещения Вина 1893 г., основанному на принципе адиабатического инварианта, для каждой температуры можно вычислить длину волны излучения, при которой тело светится наиболее сильно. Вин сделал достаточно точную оценку формы энергетического спектра чёрного тела при высоких частотах, но не смог объяснить ни форму спектра, ни его поведение при низких частотах.

  Планк предположил, что поведение света подобно движению набора множества одинаковых гармонических осцилляторов. Он изучал изменение энтропии этих осцилляторов в зависимости от температуры, пытаясь обосновать закон Вина, и нашёл подходящую математическую функцию для спектра чёрного тела. [2]

  Однако вскоре Планк понял, что кроме его решения возможны и другие, приводящие к другим значениям энтропии осцилляторов. В результате он был вынужден использовать вместо феноменологического подхода отвергаемую им ранее статистическую физику, [2] что он описывал как «акт отчаяния … Я был готов пожертвовать любыми моими предыдущими убеждениями в физике.» [3] Одним из новых принятых Планком условий было:

  интерпретировать U _N ( энергия колебаний N осцилляторов ) не как непрерывную неограниченно делимую величину, а как дискретную величину, состоящую из суммы ограниченных равных частей. Обозначим каждую такую часть в виде элемента энергии через ε; [2]

  С этим новым условием Планк фактически вводил квантованность энергии осцилляторов, говоря, что это «чисто формальное предположение … на самом деле я не думал об этом глубоко…», [4] однако это привело к настоящей революции в физике. Применение нового подхода к закону смещения Вина показало, что «элемент энергии» должен быть пропорционален частоте осциллятора. Это было первой версией того, что сейчас называется «формула Планка»:

  

  Планку удалось вычислить значение h из экспериментальных данных по излучению чёрного тела: его результат был 6,55 • 10 −34 Дж•с, с точностью 1,2 % от принятого сейчас значения. [2] Он также смог впервые определить постоянную Больцмана k _B из тех же данных и своей теории. [5]

  До теории Планка предполагалось, что энергия тела может быть любой, являясь непрерывной функцией. Это эквивалентно тому, что элемент энергии ε (разность между дозволенными уровнями энергии) равен нулю, следовательно должна быть равна нулю и h . Исходя из этого следует понимать утверждения о том, что «постоянная Планка равна нулю в классической физике» или что «классическая физика является пределом квантовой механики при устремлении постоянной Планка к нулю». Вследствие малости постоянной Планка она почти не проявляется в обычном человеческом опыте и до работ Планка была незаметна.

  Проблема чёрного тела была пересмотрена в 1905 г., когда Рэлей и Джинс с одной стороны, и Эйнштейн с другой стороны, независимо доказали, что классическая электродинамика не может обосновать наблюдаемый спектр излучения. Это привело к так называемой «ультрафиолетовой катастрофе», обозначенной таким образом Эренфестом в 1911 г. Усилия теоретиков (вместе с работой Эйнштейна по фотоэффекту) привели к признанию того, что постулат Планка о квантовании уровней энергии является не простым математическим формализмом, а важным элементом представлений о физической реальности. Первый Сольвеевский конгресс в 1911 г. был посвящён «теории радиации и квантов». [6] Макс Планк в 1918 г. получил Нобелевскую премию по физике «за признание заслуг в развитии физики и открытие кванта энергии».

  Фотоэффект

  Основная статья : Фотоэффект

  Фотоэффект заключается в эмиссии электронов (называемых фотоэлектронами) с поверхности при освещении её светом. Впервые он наблюдался Беккерелем в 1839 г., хотя обычно упоминается Генрих Герц, [7] который опубликовал в 1887 г. обширное исследование на эту тему. Столетов в 1888–1890 гг. сделал несколько открытий в области фотоэффекта, в том числе вывел первый закон внешнего фотоэффекта. Другое важное исследование фотоэффекта опубликовал Ленард в 1902 г. [8] Хотя Эйнштейн не проводил сам экспериментов по фотоэффекту, но его работа 1905 г. [9] рассматривала эффект на основе световых квантов. Это принесло Эйнштейну нобелевскую премию в 1921 г. [7] , когда его предсказания были подтверждены экспериментальной работой Милликена. [10] В это время теория фотоэффекта Эйнштейна рассматривалась как более значительная, чем его теория относительности.

  До работы Эйнштейна каждое электромагнитное излучение рассматривалось в виде набора волн, обладающих своей «частотой» и «длиной волны». Энергия, переносимая волной за единицу времени, называется интенсивностью. Аналогичные параметры имеют и другие виды волн, например звуковая волна или волна на воде. Однако перенос энергии, связанной с фотоэффектом, не согласуется с волновой картиной света.

  Кинетическая энергия фотоэлектронов, появляющихся в фотоэффекте, может быть измерена. Оказывается, что она не зависит от интенсивности света, [8] но зависит линейно от частоты. [10] При этом увеличение интенсивности света приводит не к увеличению кинетической энергии фотоэлектронов, а к увеличению их количества. [8] Если же частота слишком мала и кинетическая энергия фотоэлектронов порядка нуля, то фотоэффект исчезает, несмотря на значительную интенсивность света. [10]

  Согласно объяснению Эйнштейна, в данных наблюдениях проявляется квантовая природа света; энергия света переносится малыми «пакетами» или квантами, а не в виде непрерывной волны. Величина этих «пакетов» энергии, которые позже назвали фотонами, была той же самой, что и у «элементов энергии» Планка. Это привело к современному виду формулы Планка для энергии фотона:

  

  Постулат Эйнштейна был доказан экспериментально: постоянная пропорциональности между частотой света ν и энергией фотона E оказалась равной постоянной Планка h . [10]

  Структура атома

  Основная статья : Постулаты Бора

  
  

  источники:

  https://plastep.ru/opredelit-zaderzhivayuschee-napryazhenie-pri-kotorom-fototok-prekraschaetsya/

  https://profazu.ru/knowledge/electrical/zaderzhivayushhaya-raznost-potentsialov.html

  https://plastep.ru/kak-opredelit-postoyannuyu-planka-po-zapirayuschemu-napryazheniyu/