Лк_40
b = 2, 898· 10– 3 м·К. Спектральное распределение r(λ, T) излучения АЧТо тела для различных температур.
Фотоэлектрический эффект Если в вакууме расположить два электрода и подключить их к источнику ЭДС, то ток в цепи не возникнет. В вакууме нет свободных носителей заряда. Однако при освещении катода ток в цепи появляется. Это явление названо фотоэффектом. Физическое объяснение фотоэффекта очевидно: энергия световой волны передается электронам катода. Если энергия, полученная каким-либо электроном, превысит работу выхода из материла катода, электрон вылетит из катода и будет участвовать в создании тока между катодом и анодом.
В результате изучения фотоэффекта были установлены три закона (Законы Столетова). I. Число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света. II. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой v и линейно возрастает с увеличением частоты. III. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т. е. минимальная частота v 0 света, при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.
Первый закон согласуется с волновой теорией света. Однако второй и третий явно противоречат ей. Каким образом частота волновых колебаний может влиять на энергию фотоэлектронов? Эйнштейн показал, что явление фотоэффекта и его закономерности объясняются на основе квантовой теории. В соответствие с ней, свет частотой v не только испускается, как это предполагал Планк, но и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых E = h. В монохроматическом свете с частотой v все фотоны имеют одинаковую энергию, равную hv. Поглощение света состоит в том, что фотон передает всю свою энергию атому или молекуле вещества.
Работа выхода электронов из металлов для большинства их составляет около 4. 5 эв. Щелочно-земельный металлы (калий, цезий, рубидий, …) имеют Авых около 2 эв. Некоторые константы: h=6. 626 Дж*с 1 эв=1. 602*10 -19 Дж Пятиминутка 1. Найти красную границу фотоэффекта для цинка, у которого работа выхода равна 4. 24 эв и цезия с Авых=1. 94 эв. Пятиминутка 2. Определить максимальную скорость Vmax фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебряного катода ультрафиолетовым излучением с длиной волны λ=0. 155 мкм. Работа выхода электронов из серебра Авых=7. 5*10 -19 Дж (это 4. 7 эв).
Рассмотренный фотоэффект, заключающийся в вырывании светом электронов из металла называется внешним. Кроме него существуют другие виды фотоэффекта. Внутренний фотоэффект. Падающий на вещество свет вызывает переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри вещества увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению э. д. с.
Вентильный фотоэффект — возникновение э. д. с. (фото-э. д. с. ) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает, таким образом, пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. КПД «солнечных батарей» в настоящее время более 20%, что сравнимо с КПД тепловых электростанций.
Специальная теория относительности (СТО) • Основной принцип относительности механики Ньютона состоит в равноправии всех инерциальных систем отсчета. Законы механики во всех инерциальных системах отсчета одинаковы, поэтому, находясь внутри какойнибудь ИСО, невозможно механическими измерениями определить факт ее покоя или движения. В этом состоит принцип относительности Галилея.
•
Однако физические законы электромагнетизма изменяются при таком преобразовании координат, т. е. при переходе от одной ИСО к другой. Так наблюдатель в одной ИСО видит неподвижный электрический заряд и его электрическое поле, а наблюдатель в другой ИСО, которая движется по отношению к первой с некоторой постоянной скоростью, видит тот же заряд движущимся. Движущийся заряд создает в дополнение к электрическому и магнитное поле. Следовательно, измеряя магнитное поле, можно определить скорость движения своей ИСО, относительно той, в которой заряд покоится.
Принцип относительности Эйнштейна • Эйнштейн сформулировал общий принцип относительности, согласно которому • 1. все инерциальные системы отсчета абсолютно равноправны по отношению ко всем законам природы: механики, электричества и всех прочих наук. Для того, чтобы этот принцип удовлетворялся, хотя бы. в электрофизике, которая в качестве универсальной константы содержит скорость света, необходимо считать, что • 2. скорость света одинакова во всех ИСО.
Исходя из этих постулатов теории относительности, можно вывести формулы преобразований координат, аналогичные по смыслу (40. 4). Пусть имеются две ИСО, показанные на рисунке. Для просторы выкладок выберем направление скорости за направление осей х и x'. Предположим, что в некоторый момент времени t в точке с координатами x, y, z происходит некоторый физический процесс, который назовем событием. Задачей является нахождение «координат» события в системе отсчета K', т. е. нахождение величин х', y', z', t', характеризующих тот же физический процесс в системе K'.
• (40. 5)
• (40. 6) (40. 7)
• (40. 9)
•
• (40. 10) (40. 11)
• В случае малых скоростей относительного движения ИСО, когда v/C→ 0, преобразования Лоренца совпадают с преобразованиями Галилея. Поэтому обнаружить неточность последних в обычных условия невозможно. Однако скорости микро объектов, например частиц в космических лучах, бывают весьма близки к скорости света. Это обнаруживается экспериментально по времени их жизни. При таких скоростях правильность преобразований Лоренца подтверждается неукоснительно. • Рассмотрим некоторые следствия этих преобразований
Динамика теории относительности. • Принцип относительности Эйнштейна утверждает неизменность всех законов природы при к переходе от одной инерциальной системе отсчета к другой. Это значит, что все уравнения, описывающие законы природы, должны быть неизменны относительно преобразований Лоренца. Уравнения классической механики Ньютона не удовлетворяют этому требованию. Поэтому СТО потребовала пересмотра и уточнения законов механики
• (40. 12)
• (40. 13) (40. 14) (40. 15)
•
• (40. 16) (40. 17)
Парадоксальный, на первый взгляд, результат СТО – наличие энергии покоя – m. C 2 подтверждается в многочисленных явлениях и опытах. Связь энергии и импульса
(40. 18)
Пятиминутка 5: Определить релятивистский импульс электрона, обладающего кинетической энергией Т = 5 Мэ. В. Пятиминутка 6: Скорость электрона v = 0, 8 С (гдe С скорость света в вакууме). Зная энергию покоя электрона Е 0=0. 51 Мэв, определить в тех же единицах кинетическую энергию Т электрона.
