ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Одной из больших проблем классической физики в конце XIX века было объяснение того, что происходит, когда луч света фокусируется на металлической пластине. Стоит помнить, что в это время еще не существовало законченной теории квантовой механики.
Чтобы объяснить явления, связанные с атомами и другими малыми частицами, была разработана статистическая механика, способ решения таких проблем классическим способом с использованием классической механики.
Явление, называемое фотоэлектрическим эффектом, заключается в удалении электрона из самого внешнего слоя металла с помощью луча света. В то время под светом все еще понимали электромагнитную волну, и предполагалось, что чем больше интенсивность света, тем большее количество энергии он несет. Используя классическую механику того времени, результатом было то, что независимо от частоты света, всякий раз, когда свет падал на металл, можно было увеличить интенсивность луча, чтобы вырвать электроны из материала. Энергию оборванных электронов можно было измерить с помощью вольтметра.
Однако это не то, что показал эксперимент. Когда пучок монохроматического света (одной частоты) фокусировался на металлической пластине, электрон мог отрываться от металла, а мог и не отрываться. Если бы это было так, то такой электрон имел бы определенную энергию, и увеличение интенсивности света приводило не к захвату электронов с разными энергиями, а лишь к большему количеству электронов с той же энергией, что и раньше. Если электрон не отрывался от падения света, то увеличение интенсивности света также не приводило к отрыву электронов от металла. Кроме того, если бы частота падающего света изменялась в убывающую сторону, то для данного металла всегда существовала бы частота, называемая частотой отсечки, ниже которой невозможно было удалить электроны из металла, независимо от интенсивность света. Таким образом, теория противоречила эксперименту. Под изображениями находится симулятор взаимодействия .
Согласно Эйнштейну, принявшему постоянную Планка, уравнение для фотона будет...
h - постоянная Планка, ν - частота и 𝜙 - работа выхода
Под этим уравнением Эйнштейн подразумевал, что для заданной очень низкой частоты было бы недостаточно независимо сбить электрон с пластины, если бы мы увеличили интенсивность этого света до той же частоты. Но если мы сосредоточим на металлической пластине свет с очень высокой частотой, следовательно, из этой пластины будут высвобождаться электроны, и если мы увеличим силу света до высокой частоты, тем больше будет высвобождено электронов. Член (𝜙) - работа выхода, который появляется в этом уравнении, говорит нам, что существует минимальное значение, при котором электрон может быть удален с пластины, то есть;
если (h .ν ) меньше (𝜙) электроны не покинут пластину
если (h .ν) больше, чем (𝜙), электроны сойдет с доски.
Этот 𝜙 имеет определенное значение для каждого типа металла. Это происходит из-за электростатических связей между атомами в металлах, мы знаем, что мы можем удалить только свободные электроны, то есть электроны, которые находятся в так называемой валентной оболочке, потому что они менее энергичны и поэтому легко отрываются от своей атомной орбиты. Эта работа выхода 𝜙 — это именно то значение, которое должен иметь фотон, чтобы разорвать эту энергию связи между атомами и выбить электроны, генерируя электрический ток в детекторах. чтобы лучше понять анимация ниже о фотоэффекте поможет вам понять эту концепцию. манипулировать интенсивность света на пластине и частоту его в цветовой гамме и переключаться между типами материалов, из которых изготовлены эти доски. И посмотрите, что произойдет.
Тем самым, Альберт Эйнштейн этим экспериментом говорит, что свет — это не просто частица и волна, а и то, и другое! Для одних явлений свет имеет волновое поведение, а для других — корпускулярное.