Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Квантовая механика → Дуализм волна-частица ↓


Фотоэлектрический эффект


Фотоэлектрический эффект — это явление, при котором электроны испускаются из вещества при воздействии света. Классическая физика имела трудности с объяснением этого эффекта, но он стал важным доказательством для развития квантовой механики. Он сыграл ключевую роль в нашем понимании волново-частичной дуальности света, демонстрируя, что свет проявляет как волновые, так и корпускулярные свойства.

Понимание основ фотоэлектрического эффекта

Когда свет падает на поверхность металла, он может передавать энергию электронам, находящимся в металле. Если переданная энергия достаточна, это может привести к выбиванию электронов с поверхности. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом. Испускаемые электроны известны как фотоэлектроны.

Классически свет считался волной, что вело к некоторым странным наблюдениям о фотоэлектрическом эффекте. Например, классическая волновая теория предсказывала, что энергия выбитых электронов будет увеличиваться с интенсивностью (амплитудой) света, независимо от частоты (цвета) света. Однако эксперименты показали противоположные результаты.

Экспериментальные наблюдения

Важные наблюдения, сделанные на основе экспериментов с фотоэлектрическим эффектом, следующие:

  1. Как только свет падает на металл, фотоэлектроны испускаются сразу, без задержки.
  2. Кинетическая энергия фотоэлектрона зависит от частоты падающего света, а не от его интенсивности. Ниже определенной частоты (называемой пороговой частотой) электроны не испускаются, независимо от интенсивности света.
  3. Выше пороговой частоты количество выбранных электронов пропорционально интенсивности света, но их энергия увеличивается с частотой света.

Эти наблюдения были несовместимы с волновой теорией света, что привело к революционному объяснению.

Объяснение Эйнштейна с использованием фотонов

Альберт Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, предложив, что свет состоит из частиц, называемых фотонами. Каждый фотон имеет квантизированную энергию, которая определяется следующим образом:

E = hν

где E — энергия фотона, h — постоянная Планка, и ν (ню) — частота света.

Согласно Эйнштейну, электрон может поглощать энергию от фотона. Если поглощенная энергия больше работы выхода (φ) металла (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона с поверхности), то электрон выбивается с кинетической энергией:

KE = hν - φ

Это объяснение полностью соответствовало экспериментальным данным и было важным шагом к развитию квантовой механики.

Волново-частичная дуальность

Фотоэлектрический эффект показывает двойственную природу света. Ниже приведена простая диаграмма, помогающая понять эту концепцию:

волнообразно как частица Свет ведет себя как волны и частицы

Слева свет изображен как волна, что показывает, как он может проявлять интерференцию и дифракцию. Справа свет изображен как частица, что необходимо для понимания фотоэлектрического эффекта. Эта двойственность является краеугольным камнем квантовой механики.

Эффекты и приложения

Понимание фотоэлектрического эффекта повлияло на многие области физики и технологии. Некоторые из его основных приложений следующие:

  • Фотовольтаические ячейки: Устройства, которые преобразуют свет в электричество с использованием фотоэлектрического эффекта. Солнечные панели — это распространенный пример.
  • Фотоэлектронная спектроскопия: метод анализа поверхностных свойств материалов путем измерения энергии испускаемых электронов.
  • Развитие квантовой теории: Фотоэлектрический эффект сыграл важную роль в развитии квантовой механики, и за это Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике в 1921 году.

Заключение

Фотоэлектрический эффект не только является увлекательным явлением сам по себе, но и ключевым элементом в понимании природы света и материи. Он бросает вызов нашему классическому интуитивному пониманию и вводит нас в странный, но красивый мир квантовой механики.

Через простую, но мощную идею он связывает наше понимание света, от волн до частиц, и открывает путь к многочисленным технологическим достижениям и теоретическим основаниям современной физики.

По мере того, как мы продолжаем исследовать квантовый мир, понимание явлений, таких как фотоэлектрический эффект, вдохновляет на более глубокое понимание сложной и взаимосвязанной структуры Вселенной.


Студент бакалавриата → 5.1.2


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (5.1.1)
Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике
Следующий (5.1.3) →
Комптоновское рассеяние

Комментарии 



Фотоэлектрический эффект

https://www.physicsflow.com/ug/5.1.2?pfal=ru