ФОТОЕЛЕКТРИЧНИЙ ЕФЕКТ
Однією з великих проблем класичної фізики кінця 19 століття було пояснити, що сталося, коли промінь світла був сфокусований на металевій пластині. Варто пам'ятати, що в цей час ще не було повної теорії квантової механіки.
Для пояснення явищ, що стосуються атомів та інших малих частинок, була розроблена статистична механіка, спосіб вирішення подібних проблем класичним способом із застосуванням класичної механіки.
Явище, яке називається фотоефектом, передбачає видалення електрона з зовнішнього шару металу за допомогою променя світла. У той час світло ще розуміли як електромагнітну хвилю, і вважалося, що чим більша інтенсивність світла, тим більшу кількість енергії воно переносить. Використовуючи класичну механіку того часу, в результаті, незалежно від частоти світла, щоразу, коли світло падає на метал, можна збільшити інтенсивність променя, щоб вирвати електрони з матеріалу. Виміряти енергію вилучених електронів можна було за допомогою вольтметра.
Однак експеримент показав не це. Коли промінь монохроматичного світла (одна частота) був сфокусований на металевій пластині, електрон міг бути відірваний від металу, а може й ні. Якби це було так, такий електрон мав би певну енергію, і збільшення інтенсивності світла не призводило до захоплення електронів з іншою енергією, а просто більшої кількості електронів з такою ж енергією, що й раніше. Якщо електрон не був відірваний падінням світла, збільшення інтенсивності світла також не призводило до відриву електронів від металу. Крім того, якби частоту падаючого світла змінювали зменшуючим чином, для даного металу завжди існувала частота, яка називається частотою зрізу, для якої нижче її не можна було видалити електрони з металу, незалежно від того, інтенсивність світла. Таким чином, теорія суперечила експерименту. Під зображеннями є симулятор для взаємодії .
Згідно з Ейнштейном, який приймає постійну Планка, рівняння для фотона є...
де h - постійна Планка, ν - частота і 𝜙 - робоча функція
Під цим рівнянням Ейнштейн мав на увазі, що для даної дуже низької частоти було б недостатньо, щоб збити електрон з пластини незалежно, якщо ми збільшимо інтенсивність цього світла до тієї ж частоти. Але якщо ми сфокусуємо на металевій пластині світло, яке має дуже високу частоту, отже, з цієї пластини вивільниться електрони, а якщо ми збільшимо силу світла до високої частоти, тим більша кількість електронів буде вивільнена. Термін (𝜙) - робота виходу, яка з'являється в цьому рівнянні, говорить нам про те, що існує мінімальне значення, щоб можна було видалити електрон з пластини, тобто;
якщо (h .ν ) менше (𝜙), електрони не залишать пластину
якщо (h .ν) більше за (𝜙) електронів зійде з дошки.
Цей 𝜙 має конкретну цінність для кожного типу металу. Це відбувається через електростатичні зв’язки між атомами в металах, ми знаємо, що ми можемо видалити лише вільні електрони, тобто електрони, які знаходяться в так званій валентній оболонці, оскільки вони менш енергійні і, таким чином, легко відриваються від своєї атомної орбіти. Ця робота роботи 𝜙 — це саме те значення, яке повинен мати фотон, щоб розірвати цю енергію зв’язку між атомами та вибити електрони, генеруючи електричний струм у детекторах. щоб краще зрозуміти анімація нижче про фотоефект допоможе вам зрозуміти це поняття. маніпулювати інтенсивність світла на пластині та його частоту в колірному спектрі та перемикання між типами матеріалів, з яких виготовлені ці дошки. І подивіться, що вийде.
тим самим, Альберт Ейнштейн у цьому експерименті каже, що світло — це не просто частинка і хвиля, а й те й інше! Для одних явищ світло має хвильову поведінку, а для інших — корпускулярну.