А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 5
Текст из файла (страница 5)
д. Одним словом, в классической физике воплощение в конкретном знании общих философских категорий диалектики столь полно и совершенно, что самым актуальным становится вопрос о характере незавершенное~и этого конкретного знания и о содержании незавершенности единства конкретного знания с общефилософскими и гносеологическими категориями. Актуальность этого вопроса обусловливается тем, что только незавершенность конкретного знания и его единства с общефилософскими и гносеологическими категориями является источником и движущей силой развития как конкретного знания, так и философских и гносеологических категорий. В рамках классической физики эта незавершенность выступает лишь в потенциальной форме и не составляет действительного отрицания завершенности. Отрицание достигнутой в классической физике завершенности знания и его единства с общефилософскими н гносеологическими категориями осуществляется лишь в рамках квантовой физики и в соответствии с диалектикой отрицания приводит не только к дальнейшему развитию физики, но и дает мощный стимул разработке общефилософских и гносеологических проблем.
Фотозффект Эффект Комптона г ти Флуктуации интенсивности светового потока Поляризация фотонов Интерференция фотонов КОРПУСКУЛЯ РН Ы Е СВОЙСТВА ЭЛ ЕКТРО МАГН ИТН ЫХ ВОЛН П ри взаимодействии электромагнитного излучения с веществом наблюдаются явления, свидетельствующие о дискретном характере взаимодействия, когда обмен энергией и импульсом между полем излучения и веществом осуществляется порциями излучения, называемыми квантами или Фотонами.
Понятие Фотона не связано с представлением о концентрации энергии и импульса кванта в малом пространственном обьеме, который можно обозначить словом «корпускула». Однако дискретный характер взаимодействия становится наглядным при использовании представления о корпускуле и связанных с ней понятий. 18 1 Корпускулирные свойства электромагнитных волн 1. Фотозффект Рассматривается первое экспериментальное свинепьчьство корпускулярных свойств электромагнитного иалучення, теоретическое истолкование которых привело к установлению понятия фотона Открытие фотоэффекта. При генерации электромагнитных волн посредством возбуждения электрических колебаний в открытом контуре с разрядником Г.
Герц обнаружил (!887), что длина искры между металлическими электродами разрядника увеличивается, если катод освещается ультрафиолетовым светом. Другими словами, падающий на металлический катод ультрафиолетовый свет облегчает проскакивание искры между катодом и анодом. Это наблюдение положило начало экспериментальным работам В. Гальвакса, А. Столетова, П. Ленарда и др., в которых была выяснена физическая сущность наблюдаемого явления и установлены его основные количественные характеристики. Само явление получило название внешнего фотоэффекта. Экспериментальные факты. При облучении ультрафиолетовым светом отрицательно заряженного электро- скопа (рис.
1,а) происходит его разрядка (рис. 1, б). Положительно заряженный электроскоп (рис. 2, а) при облучении не разряжается (рис. 2,б). Это значит, что при падении света на металлический шарик электроскопа из него удаляется в окружающее пространство отрицательный заряд. Возможное предположение о том, что при облучении шарику электро- скопа передается положительный заряд из окружающего пространства, отвергается результатом опыта с положительно заряженным электроскопом. Для изучения количественных ха- рактеристик этого явления использовалась установка, показанная схематически на рис.
3. В откачанный до высокого вакуума резервуар впаяны металлический катод К и анод Ан, между которыми создается регулируемая потенциометром Л разность потенциалов, измеряемая вольтметромм 1'. Сила тока, проходящего между катодом и анодом, определяется амперметром А. Через трубку Т катод может облучаться светом. Если облучения катода нет, то и ток между катодом и анодом отсутствует. При наличии облучения возникает электрический ток, сила которого зависит от разности потенциалов, интенсивности светового потока, материала катода и частоты света. Ясно. что существование тока обеспечивается движением отрицательных зарядов, которые покидают поверхность катода под влиянием облучения.
Однако природа носителей зарядов не была известна до 1900 г., когда Ленард доказал, что падающее на катод ультрафиолетовое излучение выбивает из материала катода электроны. В этом состоит физическое содержание внешнего фотоэффекта, который обычно называют просто фото- эффектом. Зависимость силы фототока 1 от частоты ат падающего на катод светового потока при постоянных плотности потока энергии 5 и разности потенциалов (7 показана на рис. 4. При частотах меньше су„р фототок не возникает. Зависимость 7 1'(У) при 8 = сопаг и оу = сопз1 показана на рис. 5. При положительных значениях разности потенциалов электроны ускоряются от катода к аноду, при отрицательных-их ускорение происходит в обратном направлении. При нулевой разности потенциалов имеется 1.
Фотоэффект 19 поток электронов от катода к аноду. Это означает, что выбиваемые из катода электроны покидают поверхность катода с некоторой скоростью и благодаря этому достигают анода. Для их остановки и прекращения фототока необходимо приложи~ь тормозящую разность потенциалов У . При увеличении разности потенциалов фототок увеличивается и стремится к току насыщения 1„„.
Ток насыщения является возрастающей функцией плотности светового потока 5. Тормозягцая разность потенциалов 11 от плотности светового потока энергии 5 не зависит. Зависимость 11 (гд) показана на рис. 6. На рис. 7 ток насыщения 1„„представлен как функция от плотности потока энергии 5. Прн тормозящем потенциале Уо (см. рнс. 5) электроны, покинувшие поверхность катода с максимальной скоростью п„,„„полностью теряют эту скорость.
По закону сохранения энергии, з 2 Ч~' о г зпзе гччкс где пз, †мас электрона,г1-его заряд. Заметим, что заряд электрона г1 = — е и тормозящий потенциал Уо отрицательны, а их произведение г1с1 положительно. Наличие фототока насыщения (см. рис. 5) и прямая пропорциональность силы фототока насыщения 1„„ плотности светового потока энергии б (рис. 7) свидетельсгвуют, что число электронов, выбиваемых из катода в единицу времени, пропорционально плотности светового потока. Заметим, что П в П.1) не совпадает с ноказаниямй вольтметра, измеряющего тормозящее напряжение, и отличается от этих показаний на контактную разность потенциалов б) а) При облучении ультрафиолетовым светом отрицательно заряженный металлический шарик разряжается я] При облучении ультрафиолетовым светом положительно заряженный шарик сохраняет свой заряд Схема усгановки для экспериментального исследования законов фотоэффекта 20 1, Корпускуллрныв свойства электромагнитных волн Зависимость силы фототока Г от частоты ы при Я = сопи и У = сопзз 1ааа а, иа Зависимость силы фототока 1 от разности потенциалов У при 3 = сопи и ы = сонм 1цз! Зависимость тормозящей разности потенциалов У от частоты ы !ха Зависимость тока насыщенна Г„„от плотности светового потока Я между материалами анода и катода.
Это обстоятельство необходимо учесть при количественном анализе явления. Экспериментальные закономерности, выраженные графиками на рис. 4 — 7, можно сформулировать в виде законов внешнего фотоэффекта: 1. Существует граничная частота света оз,„, ниже которой для данного материала катода фотоэффект отсутствует, независимо от плотности светового потока энергии и продолжительности облучения катода (см. рис. 4). 2. Электроны покидают поверхность катода с энергиями от нуля до максимальной '7зщ,с„',„„ которая не зависит от плотности светового потока энергии [см.
рис. 5, (1.1)~ и линейно зависит от частоты (см. рис, 6). 3. При фиксированной частоте излучения число электронов, выбитых из катода в единицу времени, прямо пропорционально плотности светового потока энергии [см. рис, 7, 5,(1.1)]. Было предпринято также изучение времени запаздывания появления фототока относительно начала облучения катода световым потоком. Какого-либо запаздывания обнаружить не удалось. В первоначальных опытах было показано, что время запаздывания меньше ! О 4 с.
Позднейшие измерения доказали, что это запаздывание меньше !О з с. Противоречие законов фотоэффекта нредставлениям классической физики. Законы фотоэффекта находятся в резком противоречии с классическими представлениями о волновой природе света. В рамках волновых представлений о свете качественно фотоэффект может быть объяснен следующим образом. Электрический вектор электромагнитной волны ускоряет электроны в материале катода. Ь фотоэффскт 21 Благодаря этому электроны в металле начинают «раскачиватьсягч амплитуда их вынужденных колебаний возрастает. При достижении достаточно большой энергии электрон покидает катод, т. е. происходит внешний фотозффект. Однако объяснить количественные закономерности фотоэффекта оказалось невозможно. Амплитуда вынужденных колебаний электрона в волновой картине излучения пропорциональна амплитуде колебаний вектора напряженности электрического поля падающей на катод электромагнитной волны.
Плотность светового потока энергии прямо пропорциональна квадрату амплитуды колебаний напряженности электрического поля волны. Следовательно, максимальная скорость покидающих катод фото- электронов должна увеличиваться с возрастанием плотности светового потока энергии. В действительности же скорость фотоэлектронов не зависит от нее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
