к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Фотоэффект

Фотоэффект - испускание электронов веществом при поглощении им квантов эл--магн. излучения (фотонов). Ф. был открыт Г. Герцем (G. Hertz) (1887), к-рый установил, что длина искры в разряднике увеличивается при попадании на его металлич. электроды света от искры др. разрядника. Первые исследования Ф. выполнены А. Г. Столетовым (1888). Ф. Ленард (Ph. Lenard) и Дж. Дж. Томсон (J. J. Thomson) (1889) доказали, что при Ф. испускаются электроны. Открытие и исследование Ф. сыграло важную роль в эксперим. обосновании квантовой теории. Только на основе гипотезы о квантовании энергии эл--магн. поля, проявляющемся в процессах испускания и поглощения света, удалось объяснить осн. закономерности Ф.: независимость макс. кинетич. энергии фотоэлектронов 5075-1.jpg от интенсивности света, линейную зависимость 5075-2.jpg от его частоты со и существование граничной (мин.) частоты w0 (пороговой энергии 5075-3.jpg) Фотоэффекта.

Свободный электрон не может поглотить фотон, т. к. при этом не могут быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии 5075-4.jpg и импульса р. Это видно уже из того, что для оптич. перехода свободного электрона из состояния 5075-5.jpg, p1 в состояние 5075-6.jpg, р2 в отсутствие 3-го тела (конденсир. среды, атома или рассеянного фотона) законы сохранения энергии и импульса 5075-7.jpg , p2- p1=5075-8.jpg/c несовместимы ни при какой скорости электрона u<c. В конденсир. среде связь электрона с окружением характеризуется работой выхода Ф. Кинетич. энергия фотоэлектрона 5075-9.jpg. При температуре T=0 К и не очень высокой интенсивности света, когда многофотонные процессы практически отсутствуют, Ф. возникает только при 5075-10.jpg>=Ф. По установившейся терминологии, Ф. в конденсир. среде наз. фотоэлектронной эмиссией, а переход электрона из одного из связанных состояний в атоме или молекуле в непрерывный спектр наз. фотоионизацией (см. Ионизация ).Для водородоподобного атома необходимая для фотоионизации энергия фотона равна

5075-11.jpg

где Z-заряд ядра в единицах заряда электрона, n - гл. квантовое число связанного состояния. Энергия, необходимая для перевода электрона из осн. состояния в атоме (n=1) в состояние непрерывного спектра с нулевой кинетич. энергией, наз. энергией ионизации атома, а если она измеряется в эВ-потенциалом ионизации I. В водородоподобном атоме 5075-12.jpg, где I0 - энергия ионизации атома водорода. В многоэлектронных атомах фотоны достаточно большой энергии могут выбивать электроны из разных электронных оболочек. Такие атомы имеют неск. потенциалов ионизации.

Др. характеристика Ф.- сечение фотоионизации а. Оно равно отношению числа актов ионизации, приходящихся на один атом в единицу времени в единице объёма, к интенсивности потока фотонов (монохроматических). Величина а может быть вычислена аналитически для атома водорода и для водородоподобного иона с зарядом ядра Z<<137. В нерелятивистском случае (5075-13.jpg<<тс2)дифференц. сечение фотоионизации с испусканием электрона в элемент телесного угла do

5075-14.jpg

где a = е2/5075-15.jpg1/137 - постоянная тонкой структуры, a0 = =5075-16.jpg2/те2, 5075-17.jpg=Ze2/5075-18.jpgu, n - единичный вектор направления вылета электронов, l-единичный вектор поляризации фотонов. Величина (nl)2 определяет угл. распределение фотоэлектронов. В полярных координатах с осью oz вдоль направления распространения света угл. распределение фотоэлектронов имеет вид

5075-19.jpg

При малых скоростях электронов (u<<c)они вылетают в осн. в направлении электрич. вектора световой волны.

При неполяризованном свете максимум распределения лежит в экваториальной плоскости J= p/2. С увеличением 5075-20.jpg и соответственно u максимум смещается в направлении распространения света на величину угла Jmax5075-21.jpgp/2 - 4u/c (рис. 1). Полное сечение Ф. для перехода из основного 1s-состояния (см. Атом)

5075-22.jpg

5075-26.jpg

Рис. 1. Угловое распределение фотоэлектронов. Полярная диаграмма в плоскости j= 0. Ось oz - направление распространения излучения, ось оЕ-направление электрического вектора световой волны; а -5075-23.jpg , в-5075-24.jpg б-5075-25.jpg.


Видно, что непосредственно у порога Ф. сечение а стремится к постоянной величине. Предельное значение а при 5075-27.jpg I (5075-28.jpg ) равно

5075-29.jpg

(здесь е = 2,718...).

При небольшом превышении 5075-30.jpg над I, когда ещё 5075-31.jpg -I<<I (5075-32.jpg>>1), s~(I/5075-33.jpg)8/3. При 5075-34.jpg-I5075-35.jpgI (5075-36.jpg~1) s~(I/5075-37.jpg)3, а вдали от границы поглощения при 5075-38.jpg>>I (5075-39.jpg<<1, но ещё 5075-40.jpg<<2) s~(I/5075-41.jpg)7/2. В табл. приведены потенциалы ионизации и сечения фотоэффекта нек-рых атомов и молекул, а на рис. 2 - зависимости а(5075-42.jpg/I) для атомов Н, Не и иона Н-.

Для нерелятивистских скоростей фотоэлектронов получены точные ф-лы для а возбуждённых атомов (переходы из состояний с n>1). В приближённых расчётах для n>=1 и 5075-43.jpg<=I часто пользуются квазиклассической Крамерса ф-лой:

5075-44.jpg

5075-45.jpg

5075-46.jpg

Рис. 2. Зависимость сечения фотоэффекта а из основных состояний атомов Н, Не и иона Н- от энергии фотонов. Масштабы кривых (в относительных единицах) выбраны так, чтобы s=1 при 5075-47.jpg/I=1,5.

В многоэлектронных атомах со средними и большими Z в рентг. и у-излучении Ф. происходит на электронах внутр. оболочек, в осн. на К-электронах. При увеличении (2p/h)w и достижении значения 5075-48.jpg= IK s скачкообразно увеличивается. При дальнейшем возрастании энергии фотонов в конкуренцию с Ф. вступает рассеяние фотона на электроне (Комптона эффект), а в релятивистском случае, когда 5075-49.jpg /2тс2>=1-рождение электрон-позитронных пар. На рис. 3 приведены зависимости сечений трёх процессов от энергии фотонов при прохождении излучения через молибден (Z = 42), к-рые дают представление об их соотношении. При очень больших энергиях фотонов (5075-50.jpg>>2, ультрарелятивистский случай) сечение Ф. равно


5075-51.jpg

фотоэлектроны испускаются в осн. в малый телесный угол в направлении распространения излучения.

5075-52.jpg

Рис. 3. Сечения фотоэффекта (1), рассеяния фотонов (2) и рождения пар (3) в молибдене (Z = 42).

Механизм Ф. на валентных электронах водородоподоб-ных примесных атомов в полупроводниках при 5075-53.jpg (5075-54.jpg-ширина запрещённой зоны полупроводника) подобен описанному с той разницей, что атом находится в кристалле и в него же испускаются фотоэлектроны. Вследствие этого в соответствующих выражениях фигурируют диэлектрич. проницаемость кристалла и эфф. масса электрона. В водородоподобных примесях нек-рых полупроводников а может достигать ~ 10-15 см2.

Литература по

  1. Зоммерфельд А., Строение атома и спектры, пер. с нем., т. 2, М., 1956, с. 372-420;

    Бете Г., Солпитер Э., Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами, пер. с англ., М., 1960, с. 464-503;

    Бете Г., Квантовая механика, пер. с англ., М., 1965, с. 205-10;

    Собельман И. И., Введение в теорию атомных спектров, 2 изд., М., 1977, с. 248-55; с. 261-68;

    Физические величины. Справочник, под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова, М., 1991, с. 409-12.

    Т. М. Лифшиц.

    к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

    Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
    Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
    На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
    Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
    Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
    "Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
    Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

    НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
    Рыцари теории эфира
     03.07.2020 - 19:00: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
    03.07.2020 - 18:59: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
    03.07.2020 - 14:17: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
    03.07.2020 - 11:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
    03.07.2020 - 11:16: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
    03.07.2020 - 09:27: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
    02.07.2020 - 16:28: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
    02.07.2020 - 06:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
    01.07.2020 - 20:06: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
    01.07.2020 - 05:39: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
    01.07.2020 - 04:20: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
    30.06.2020 - 19:53: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
    Bourabai Research Institution home page

    Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution