|
Меню сайта
Статистика
|
Кванты и электроныКванты и электроныОбъясняя, как излучают нагретые твердые предметы, Планку пришлось ввести в науку понятие о квантах света — фотонах. Чтобы понять, как действуют фотоны на вещество, поставим опыт (рис. 31). В вакууме помещены две металлические пластины. Соединим их извне проводом с включенным в него гальванометром. На одну из пластин направим свет. В гальванометре появится ток. Его создадут электроны за счет энергии, полученной ими от фотонов. Если в цепь включить батарею Б так, чтобы освещенная пластина была положительным электродом, промежуток между электродами станет проводящим. Фотоны выбивают из положительно заряженной и освещенной пластины отрицательные заряды. С увеличением напряжения между пластинами ток начнет падать и при некотором напряжении станет равным нулю. Это происходит потому, что не у всех отрицательных зарядов, выбитых фотонами из пластины, достаточно энергии, чтобы преодолеть притяжение положительного электрода. Когда напряжение на положительном электроде достигнет такой величины, что даже самый «быстрый» электрон, выбитый из него фотоном, не дойдет до отрицательного электрода, ток в цепи гальванометра прекратится. Способность фотонов выбивать электроны из твердых тел называется фотоэффектом. Его нельзя объяснить, если рассматривать свет как волну. Энергия света переходит в этом процессе в механическую энергию электронов, и свет здесь проявляет свойства частиц, как говорят физики,— корпускулярные свойства. Фотон ведет себя как частица с энергией hv и количеством движения
— (количеством движения любой частицы называют произведение ее массы на скорость). В результате открытия фотоэффекта было выяснено, что свет одновременно обладает свойствами и волны и частицы. Такое сочетание свойств объясняет современная квантовая теория света. В нашем опыте электроны покидали пластину и вылетали в вакуум, создавая электрический ток. Такой процесс называется внешним фотоэффектом. Многие полупроводниковые материалы в лучах света уменьшают свое электрическое сопротивление потому, что в кристаллической решетке полупроводника под действием фотонов возникают «свободные» электрические заряды. Такое действие света называют внутренним фотоэффектом. В московском метро нельзя пройти через турникет, не опустив в его стойку пятикопеечную монету: не пропустит световой луч. Он пересекает проход и попадает на фотоэлемент (см. ст. «Полупроводники»). Если закрыть луч, фотоэлемент подаст сигнал. Радиолампы усилят этот сигнал и передадут его на механическую систему, закрывающую турникет. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом устроен так. На стенку стеклянного баллона нанесен металлический слой, а поверх него — слой полупроводникового вещества, это — катод. К катоду подведен отрицательный полюс батареи, а к аноду (никелевому стержню внутри баллона) — положительный. Когда свет выбивает из катода электроны, в цепи фотоэлемента течет ток. Когда света нет, нет и тока. Действие фотоэлемента можно усилить и использовать для управления любой механической системой. В такую же схему, как и фотоэлементы с внешним фотоэффектом, могут быть включены и фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. Они называются фотосопротивлениями потому, что увеличивают или уменьшают сопротивление электрической цепи, в которую включены. Самое ценное свойство фотосопротивлений — их способность реагировать на излучение слабо нагретых тел: на лучистую энергию с большой длиной волны, т. е. на инфракрасные лучи. Ученые уже создали фотосопротивления, чувствительные к лучам с длиной волны около 9 мк. Вспомним закон Вина — закон смещения. λТ= 2897 мк. Если λ=9,35 мк, то
или примерно 36°Ц. Такие лучи испускает наше тело. Если бы человеческий глаз реагировал на эти излучения, мы ночью видели бы лица людей светящимися.
|
ПОИСК
Block title
|
