Изучение основных законов фотоэффекта, страница 2

где ,  – постоянная Планка (=6,62×10^-34 Дж×с);

       – циклическая частота излучения.

–  импульсом Р_ф:

                                                                                                                  (1.2)

–  массой движения т_ф:

                                                                       .                                         (1.3)

          Существует три основных процесса взаимодействия фотонов с частицами вещества (электронами): фотоэффект, эффект Комптона, рождение электрон-позитронных пар. Характер взаимодействия фотона с электронами зависит от энергии фотона .

          Фотоэффект (вырывание электронов под действием света) происходит, когда энергия фотона ненамного превышает  – энергию связи электрона в атоме или кристалле, т.е. . При фотоэффекте фотон поглощается электроном атома (кристаллической решетки). Электрон получает добавочный импульс и покидает атом (кристаллическую решетку), а ядро вместе с остальными электронами приобретает импульс отдачи. При относительно небольших энергиях  фотоны поглощаются валентными электронами, наименее связанными с ядром. С возрастанием энергии фотона  вероятность фотоэффекта падает, однако всякий раз, когда энергия кванта становится порядка энергии, необходимой для ионизации электронов следующей, более глубокой энергетической оболочки, вероятность поглощения фотонов (фотоэффект) резко возрастает.

          Экспериментально открытые закономерности фотоэффекта можно объяснить, если считать, что электрон может поглощать один фотон энергии . Часть этой энергии, равная работе выхода электрона из атома (кристалла) – А_вых, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Оставшаяся энергия фотона передается электрону в виде кинетической энергии

.

Закон сохранения энергии для этого процесса запишется следующим образом:

                                                         .                                         (1.4)

Соотношение (1.4) называется формулой Эйнштейна для фотоэффекта. Из формулы (1.4) следует, что кинетическая энергия фотоэлектрона Е_к является линейной функцией частоты излучения, под действием которого произошел фотоэффект, а также то, что при  электроны не могут покинуть металл. Для возникновения фотоэффекта необходимо, чтобы , т.е. частота излучения должна быть больше некоторого значения :

                                                                .                                            (1.5)

Максимальная длина волны излучения, при которой фотоэффект еще возможен называется красной границей фотоэффекта – :

                                                                                                             (1.6)

или

                                                                   .                                           (1.7)