24.Гипотеза и ф-лаЭйнштейна в объяс фотоэфф.М ф.

В 1905 г. Эйнштейн объяснил экспериментальные закономерности фотоэффекта на основе гипотезы световых квантов.

Падающее на поверхность металла монохроматическое излучение рассматривается как поток фотонов, энергия которых связана с частотой соотношением . При поглощении фотона его энергия целиком передается одному электрону, и если эта энергия достаточна для того, чтобы освободить от удерживающих его связей, то электрон может выйти за пределы поверхности металла. 

По квантовым представлениям, полное число освобожденных электронов пропорционально числу поглощенных фотонов, т.е. сила тока насыщения пропорциональна интенсивности. Но энергия отдельного фотоэлектрона определяется энергией поглощенного фотона .

Приобретаемая электроном энергия может лишь частично затрачиваться на освобождение из металла. Её излишек сообщает фотоэлектрону кинетическую энергию. Минимальную энергию, необходимую для освобождения электрона из металла, называютработой выхода.

Т.о., для фотоэлектронов, имеющих максимальную скорость и массу покоя, закон сохранения энергии в элементарном акте поглощения фотона можно записать в виде

- уравнение Эйнштейна.

Принято считать, что фотоэффект дает наиболее прямое опытное доказательство квантовой природы излучения. Квантовая гипотеза и в самом деле позволяет непринужденно объяснить все основные экспериментальные закономерности фотоэффекта. 

 Масса и импульс фотона. Давление света

1. Фотон - это квант света. Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, испускание, поглощение и распространение света происходит дискретными порциями (квантами), названными фотонами (фото – свет). Энергия фотона:

Эйнштейн получил формулу, связывающую массу и энергию. Формула Эйнштейна:

Для фотона Е= Е0, следовательно . Отсюда масса фотона:

Фотон отличается от макроскопических тел и элементарных частиц тем, что он является элементарной частицей света, которая в любой среде движет­ся со скоростью света и не имеет массы покоя m0фотона = 0. Если свет остановить, то это означает, что энергия света поглотится веществом и света не будет. Массу фотона следует считать полевой массой, это означает, что свет обладает массой связанной с элементарным полем све­товой волны. Фотон обладает энергией, но всякой энергия соответствует мас­са (это следует из ). Если понимать под Е энергию электромагнитного поля, то под m следует понимать массу электромагнитного поля световой вол­ны, т.о., поле, как и вещество, имеет энергию и массу. Поле - одна из форм су­ществования материи. Наличие у поля энергии и массы является доказательст­вом материальности электромагнитного поля.

1. Помимо энергии и массы, фотон обладает импульсом Р. В общей тео­рии относительности получена связь между энергией и импульсом:

где с= 3 · 108 м/с,

m0 - масса покоя, т.к. для фотона m0 = 0, то. Е =ср, следовательно,

Из сказанного выше следует, что фотон, как и любая другая частица, об­ладает энергией, импульсом и массой. Эти корпускулярные характеристики фотона связаны с волновой характеристикой света – частотой:

.

Пусть свет падает на нормали к поверхности. Если в единицу времени (t = 1с) на единицу площади (S = 1м2) поверхности тела задает N фотонов, то при коэффициенте отражения

света от поверхности  ρ – N фотонов отразится, а (1 – ρ) N - поглотится. Каждый фотон, поглощенный поверхностью, передаст ей импульс

 а каждый отраженный

Давление света на поверхность равно импульсу, который передают по­верхности в 1 с N фотонов:       

где             - энергетическая освещенность - энергия всех фотонов, падаю­щая на единицу поверхности в единицу времени, ,  - объемная плотность энергии.

Давление света при нормальном падении

Давление света, если свет падает под углом і:

Число фотонов в единице объема (концентрация фотонов):

[n] = м-3.

Число фотонов, падающих в единицу времени на единицу площади: