Фотоны. Импульс фотона. Давление света. Фотоэффект.

Свет излучается и распространяется в виде дискретных световых квантов. Световой квант получил название фотон.

· Энергия одного фотона:

· Согласно теории относительности масса фотона равна:  (при этом масса покоя фотона равна 0. Фотон никогда не находится в состоянии покоя)

· Импульс фотона

Давление света:

Световые частицы, отражаясь от различных поверхностей или поглощаясь ими, должны передавать им импульс, таким образом оказывая давление.

Согласно электромагнитной теории света при падении поперечной электромагнитной волны на вещество в нем возникает ток, направленный вдоль вектора электрического поля. Магнитное поле в свою очередь воздействует на ток по закону Ампера так, что вектор силы оказывается направлен вдоль волнового вектора. Расчет Максвелла приводит к следующей формуле для давления при нормальном падении света на поверхность с коэффициентом отражения ρ:

При нормальном падении монохроматического пучка света частоты ν интенсивности I на некоторую поверхность с коэффициентом отражения ρ в единицу времени на единичную площадь падает N фотонов с импульсом p, где

При этом каждый отраженный фотон передает площадке импульс 2p, а каждый поглощенный фотон импульс p. Импульс, сообщаемый единичной площадке в единицу времени, и есть величина давления света на площадку:

При падении монохроматического узкого пучка света частоты ν и интенсивности I на некоторую площадку с коэффициентов отражения ρ под углом θ к нормали количество фотонов, падающих на единичную площадку в единицу времени, будет равно

При этом каждый отраженный фотон передает площадке импульс, равный 2pcosθ, направленный по нормали к поверхности. Каждый поглощенный фотон передает площадке импульс p, при этом нормальная компонента будет pcosθ. Таким образом, при наклонном падении на площадку свет создает нормальное давление, равное

Фотоэффект:

Фотоэффект- испускание веществом электронов под действием света. Явление было открыто в 1887 г. Г. Герцем, в 1888-1889 году Столетов тщательно исследовал эффект и установил его основные закономерности:

1) наибольшее действие оказывают ультрафиолетовые лучи;

2) испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак (впоследствии было установлено, что это электроны по соотношению e/m);

3) сила фототока пропорциональна создаваемой освещенности тела.

Сила фототока насыщения прямо пропорциональна падающему световому потоку.

· Максимальная скорость электронов, освобожденных светом, определяется из соотношения:

· Энергия, необходимая электрону для того, чтобы вырваться с поверхности металла с максимальной скоростью, равна:

· Характеристика фототока: Экспериментально было установлено, что эта энергия не зависит от интенсивности падающего света, она определяется только частотой падающего излучения

· Формула Эйнштейна:

· Красная граница фотоэффекта:

По наклону прямых определяли постоянную Планка.

Помимо внешнего, существует также внутренний фотоэффект, который заключается в увеличении проводимости в полупроводниках и диэлектриках при облучении их светом. При поглощении кванта электрон (или дырка) может перескочить через запрещенную зону. На этом принципе работают фотосопротивления – приемники оптического излучения.