Квантовая физика

Фотон (квант) электромагнитной волны — неделимая порция электромагнитной волны, которая может излучиться или поглотиться только целиком.
Энергия фотона прямо пропорциональна частоте и обратно пропорциональна длине волны:

    \[ E_{\Phi} = h \cdot \nu = \frac{h \cdot c}{\lambda} \qquad_{(22.1)}\]

где   h — постоянная Планка,    c — скорость света.

Фотоэффект — вырывание электронов из вещества под действием фотонов света или другого электромагнитного излучения.

Формула Эйнштейна для фотоэффекта — поглощенная электроном энергия фотона   E_{\Phi}  расходуется на совершение работы    A  по выходу электрона из вещества, оставшаяся часть превращается в кинетическую энергию электрона    E_k :

    \[ E_{\Phi} = A + E_k \qquad_{(22.2)}\]

    \[ h \cdot \nu = A + \frac{m \cdot v^2}{2} \qquad_{(22.3)}\]

Работа выхода — минимально допустимая энергия фотона, ниже которой фотоэффект не происходит:

    \[ A = E_{\Phi(min)}  \qquad_{(22.4)}\]

    \[ A = h \cdot \nu_{_{KP}} = h \cdot \nu_{min}  \qquad_{(22.5)}\]

где   \nu_{_{KP}} = \nu_{min}красная граница фотоэффекта, то есть минимально допустимая частота фотона, ниже которой фотоэффект не происходит.

    \[ A = \frac{h \cdot c}{\lambda_{_{KP}}} = \frac{h \cdot c}{\lambda_{max}}  \qquad_{(22.6)}\]

где   {\lambda_{_{KP}}} = {\lambda_{max}}красная граница фотоэффекта, то есть максимально допустимая длина волны фотона, выше которой фотоэффект не происходит.

Задерживающее напряжение  U_z — напряжение, которое нужно создать между электродами фотоэлемента, чтобы прекратить фототок. Работа электрического поля по торможению фотоэлектронов равна кинетической энергии фотоэлектронов:

    \[ e \cdot U_z = E_k   \qquad_{(22.7)}\]

Первый закон фотоэффекта Число электронов, вырываемых за 1 с. из вещества прямо пропорционально интенсивности падающего света (числу фотонов, падающих на вещество за 1 с.) и не зависит от частоты света. На графике зависимости силы фототока от напряжения ток насыщения увеличивается при увеличении интенсивности света.

Второй закон фотоэффекта Максимальная кинетическая энергия электронов   E_k  прямо пропорциональна частоте падающего света и не зависит от интенсивности света. На графике зависимости силы фототока от напряжения модуль задерживающего напряжения увеличивается при увеличении частоты света.

Третий закон фотоэффекта Для каждого вещества существует минимально допустимая частота, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта.

Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому волну можно представить в виде материального объекта, а материальный объект — в виде волны.

Если фотон считать частицей, то у него должна быть масса и импульс:

    \[ m_{\Phi} = \frac{E_{\Phi}}{c^2} = \frac{h \cdot \nu}{c^2} = \frac{h}{c \cdot \lambda} \qquad_{(22.8)}\]

    \[ p_{\Phi} = m_{\Phi} \cdot c = \frac{h \cdot \nu}{c} = \frac{h}{\lambda} \qquad_{(22.9)}\]

Если частицу считать волной, то у нее должна быть длина (длина волны де Бройля):

    \[ \lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{m \cdot v} \qquad_{(22.10)}\]