Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 80

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 80)

Обращает на себя внимание тот факт, что место, соответствующее максимуму излучения, но иере повышения температуры перемещается в область более коротких волн. Тщательное изучение и теоретический анализ явления показывают, что п о л о ж е н и е э т о г о м а к с и и ума зависит только оттемпературы излучающего тела. Строго говоря, эти заключения относятся к излучению абсолютно черного тела. Однако их можно без болыиой ошибки применять также к излучению раскаленных металлов и к излучению Солнца. Это обстоятельство позволяет использовать описанный закон для решения важной зздачи определения температура светящихся тел.

Применение этого приема к Солнцу показывает, что максимум излу. чения Солнца лежит около 500 нм, т. е. в желто. зеленой частя спек. тра, чел1у соответств)ет температура около 5800 К, Эта так называемая эрфехтизная лм.илераглура Солнца характеризует его поверхность и ничего, конечно, не говорит о внутренних слоях Солнца, где, повидимому, температура доходит до нескольких миллионов кельвин. Указанный прием определения температуры раскаленных тел находит себе применение как в научных, так и в техннческвх задачах и носит название олшичесход пирометрни. С его помощью определяютт температуру раскаленного волоска ламп накаливания, температуру расплавленного металла в плавильных печах и т. д. Г л а в а ХХ1.

ДЕЙСТВИЯ СВЕТА $182. Действия света на вещество. Фотоэлектрический эффект. Световая волна, падающая на тело, частнчноотражается от него, частично проходит насквозь, частично п о г л о щ а е т с я (сы. $76). В большинстве случаев энергия поглощенной световой волны целиком переходит во внутреннюю энергию вещества, что приводит к нагреванию тела. Нередко, однако, известная часть этой поглощенной энергии вызывает и другие явления.

Очень важными действиями света, получившими большие практические применения, являются фотоэ,гектрический эффект, фотолюлинесйенция и фотоки,иические превращения. 8 г 4 4 Рис. 330. Фотозффеит: нод действием света металл теряет отрицательные заряды Простейший опыт, обнаруживающий фотоэлектрический эффект (фопгоэффект), уже был описан в томе П, З 9. Хорошо очищенная цинковая пластинка 1(рис. 330) прикреплена к электроскопу 2 и освещается источником 3, богатым 422 ультрафиолетовым излучением (электрическая дуга или кварцевая ртутная лампа).

Если электроскоп заряжен от р и ц а т ел ь н о, то под действием света ртутной лампы он разряжается. Разряд происходит тем быстрее, чем больше освещенность пластинки, т. е. чем больше световой поток, падающий на пластинку. Явление разряда не происходит, если на пути лучей помещено стекло 4„задерживающее ультрафиолетовое излучение. Если электроскоп заряжен п о л о ж и т е л ь н о, то заряд на нем сохраняется, несмотря на освещение.

Из этих опытов, равно как из других, им подобных, можно прийти к следующим заключениям. От р и ц а те л ьн ы й з а р я д т е р я е т с я с поверхности металла при освещении. Положительный заряд сохран я е т с я на поверхности металла, несмотря на освещение. Этот важный вывод, показывающий, что эффект наблюдается лишь в том случае, когда освещаемая пластинка соединена с отрицательным полюсом батареи, впервые с полной определенностью был установлен русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1839 — 1896). В случае цинковой пластинки существенное значение для явления имеет освещение ультрафиолетовым излучением. Описанный опыт показывает различие в свойствах отрицательных и положительных зарядов, входящих в состав металла.

Первые представляют собой электроны, слабо связанные с металлом и могущие легко перемещаться в металле (проводимость) и сравнительно легко удаляться за его пределы (фотоэффект). Вторые же являются положительными ионами, составляющими решетку этого металла, так что вырывание их есть не что иное, как распыление самого металла.

Если металл заряжен отрицательно, то освобожденный электрон удаляется прочь от металла под действием электрического поля, созданного заряженным металлом. В случае положительного заряда электроны, которые всегда имеются в металле, могли бы быть также освобождены светом. Но электрическое поле, имеющееся вокруг положительно заряженного тела, т о р м о з и т вылетевшие электроны и стремится вернуть их обратно к телу. Поэтому, если кинетическая энергия вылетевшего электрона (а следовательно, и его скорость) недостаточно велика, то электроны, несмотря на действие света, не могут покинуть пластинку, и положительный заряд ее остается неизменным.

Способность света вызывать отделение электронов от металла является одним из важнейших доказательств электромагнитного характера световой волны. Под действием 423 электрического поля световой волны электрон получает энергию, достаточную для того, чтобы, несмотря иа действие сил, удерживающих его, вырваться за пределы металла. Однако ознакомление с законами фотоэффекта показывает, что дело обстоит значительно сложнее, 8 183.

Законы фотоэлектрического эффекта. Изложенное в 3 182 показывает, что фотоэффект характеризуется ч и ел о м э л е к т р о н о в, освобождаемых светом за единицу времени (т.е. силой фототока), и скоростью этих электронов. Чем больше число вылетающих за единицу времени электронов, тем быстрее идет разряд электрометра; чем больше скорость электронов, тем более сильное тормозящее поле надо применить, чтобы воспрепятствовать нх удалению из пластинки.

Для измерения этих двух важнейших Рис, 33!. Схема опыта по измерению фототока и скорости фотозлектронов: 1 — освещаемая пластинка (катод), 2 — вспомогательный злектрод (анод), 3 — окошко, прозрачное для ультрафиолетового излучения, 4 — движок потенпиометра характеристик фотоэффекта — силы тока и скорости электронов — служит опыт, схематически изображенный на рис.

331. Пластинка 1, из которой освобождаются фотоэлектроны, присоединена к одному полюсу батареи, второй полюс которой соединен через потенциометр и гальванометр о пластинкой 2. Обе пластинки 1 и 2 заключены в сосуд, из 424 которого откачивается воздух для того, чтобы столкновения электронов с молекулами газа не вносили осложнения в наблюдаемые явления, а также для того, чтобы предохранить пластинки от окисления.

Ультрафиолетовое излучение, падающее на пластинку 1, проникает через кварцевое окошко 3. Электроны, вылетающие из пластинки 1, попадают в электрическое поле, имеющееся между обеими пластинками. Напряжение между пластиниами можно изменять путем перемещения движка 4 потенциометра. Если поле достаточно сильно и направлено так, что оно увлекает электроны от пластины 1 к пластинке 2, то все вылетевшие электроны достига!от пластинки х, а следовательно, через гальванометр идет ток, который определяется числом электронов, освобождаемых светом за единицу времени.

Этот ток, называемый током насыи!ения, и определяет силу фототоиа. Если же поле тормозит электроны, то, сделав его достаточно сильным, можно задержать в с е вылетевшие электроны. По напряженности задерживающего поля ьюжно определить скорость вылетающих электронов, Пусть скорость вылетающего электрона равна о, его масса т и заряд — е *). Кинетическая энергия этого электрона равна — то . Обладая такой энергией, электрон может ! 2 про,тететь сквозь тормозящее поле, создаваемое разностью ! потенциалов 1), если е11 меньше или равно — тппз. Опреде- 2 лив то н а и и е н ь ш е е значение 1), которое задерживает электроны, освобожденные светом, мы найдем скорость этих электронов из условия ! 2 — тиз =- е1), Исследование при помощи опытов, подобных описанному, установило следующие законы фотоэффекта.

1. Число электроное, освобожденных сеепюм за единицу времена !тг!. е, ток насыщения), пряма пропорционально световому потону. 2. Скороспто еы мта>ощих гротоэлектроное не эавсссит от освещенности, а определяется частотой света. Схема, изображенная на рис. 33!, непригодна для то ч и ы х измерений. При расстоянии между влас~пивин, большом по сравнению с их размерами, не удается перехватить все электроны, освобожденные све- *) Здесь буквой е обозначен элементарный заряд, т. е. положительный заряд, равный абсолютной величине заряда электрона. Сам заряд электрона отрипателен и равен — е. (Примеч, ред.) 425 том (получить истинное значение силы тока насыщения), и затруднительно установить точное значение У, определяющее скорость фотоэлектронов.

Более совершенным является предложенный П. И. Лукнрским прибор, в котором электроды образуют с ф е р и ч е с к и й конденсатор один электрод — небольшой шарик в центре сферы, поверхность ко юрой образует второй электрод. Такой прибор позволяет надежно определять ток насыщения и зздержнвающий потенциал 1I, а следовательно, определять фототок и максимальную скорость вылетающих электронов. Естественно возникает вопрос, как зависят количество и скорость освобождаемых светом электронов от вещества освещенного металла. Исследование вылета электронов из нагретых металлов (см. том П, Я 89 и 90) показало, что каждому веществу соответствует своя работа выхода, т.

е. каждый металл характеризуется определенной энергией, которую необходимо сообщить электрону, для того чтобы он мог преодолеть силы, удерживающие его внутри металла. К совершенно тем же выводам мы приходим, изучая испусканне электронов под действием света. Для некоторыхметаллоа удалось определить работу выхода как при помощи явлен и я испускания злектроноа при нагревании, так и при помощи фотоэлектрического эффекта. Оба метода дали одни и те же значения.

Характеристики

Список файлов книги