|
Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.schools.keldysh.ru/school1413/pro_2005/sch/3.htm
Дата изменения: Tue Jun 7 19:38:26 2005 Дата индексирования: Sat Dec 22 01:50:47 2007 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: ионизация |
|
Содержание:
|
 В 1887 году немецкий физик Генрих Герц экспериментировал с разрядником для излучения электромагнитных волн - парой металлических шаров; при приложении разности потенциалов между ними проскакивала искра. Когда же он освещал один из шаров ультрафиолетовыми лучами, разряд усиливался. Таким образом был обнаружен внешний фотоэффект.
В 1888 году другой немец, Вильгельм Гальвакс (1859 - 1922), установил, что облученная ультрафиолетовым светом металлическая пластинка заряжается положительно. Так произошло второе открытие фотоэффекта. Третьим, не зная об опытах Герца и Гальвакса, его наблюдал в том же году итальянец Аугусто Риги (1850 - 1921). Он выяснил, что фотоэффект возможен и в металлах, и в диэлектриках. Риги сконструировал фотоэлемент - прибор, преобразующий свет в электрический ток. Кроме этого, российский физик Александр Григорьевич Столетов (1839 - 1896) был четвертым ученым, независимо от других открывшим фотоэффект (1888г.). Используя фотоэлемент собственной конструкции, Столетов два года всесторонне исследовал новое явление и вывел его основные закономерности. Оказалось что сила фототока, во-первых, прямо пропорциональна интенсивности падающего света, а во-вторых, при фиксированной интенсивности облучения сначала растет по мере повышения разности потенциалов, но, достигнув определенного значения, уже не увеличивается.
В 1899 году немец Филипп Леонард (1862 - 1947) и англичанин Джозеф Томсон доказали, что падающий на металлическую поверхность свет выбивает из нее электроны, движение которых и приводит к появлению фототока. Однако понять природу фотоэффекта с помощью классической электродинамики так и не удалось. Необъяснимым оставалось, почему фототок возникал лишь тогда, когда частота падающего света превышала строго определенную для каждого металла величину.
Только в 1905 году Эйнштейн превратил эту загадку в совершенно прозрачную, понятную во всех деталях картину. Развивая квантовую гипотезу Планка, он предположил, что электромагнитное излучение не просто испускается порциями - оно и распространяется в пространстве, и поглощается веществом тоже в виде порций - световых квантов (фотонов). Потому-то для возникновения фотоэффекта важна отнюдь не интенсивность падающего светового пучка. Главное, хватает ли отдельному световому кванту энергии, чтобы выбить электрон из вещества. Минимальную энергию, необходимую для этого, называют работой выхода W. В итоге Эйнштейн вывел следующее уравнение фотоэффекта:
hv=w + E. В его левой части определенная по формуле энергия, которую отдает фотон электрону вещества. В правой - работа выхода электрона из вещества плюс кинетическая энергия E уже освобожденного электрона. Ясно, что фотоэффект может вызвать только световая волна достаточно высокой частоты, а сила фототока пропорциональна интенсивности поглощенного света, т.е. числу фотонов, способных выбить электроны из вещества. Теория Эйнштейна полностью объяснила все экспериментальные данные.
В 1907 году Эйнштейн, работая над теорией теплоемкости твердых тел, сделал еще одно уточнение квантовой гипотезы. Почему тело (атом, молекула, кристалл) излучает свет, согласно Планку, только порциями? А потому, отвечал Эйнштейн, что атомы имеют лишь дискретный набор возможных значений энергии. Таким образом, теория излучения и поглощения приняла законченный вид.
Важнейшее подтверждение гипотезы световых квантов получил в 1922г. американец Артур Комптон (1892 - 1962). Он обнаружил, что длина волны рентгеновского излучения изменяется при рассеянии на электронах вещества. Но, по классической электродинамике, длина световой волны при рассеянии меняться не может! Тогда Комптон выполнил расчет, предположив, что на электронах рассеиваются не волны, а частицы (фотоны). Результат совпал с экспериментальным. Это стало прямым доказательством реальности существования фотонов.
|
