Работает фотоэффект. Изучение фотоэффекта. Применение его для объяснения законов фотоэффекта

Я много раз бывал в Чернобыльской зоне и в Припяти, но все мои поездки проходили весной, летом и ранней осенью, поэтому я всегда с интересом смотрю фотоснимки зимней Припяти — зимой город выглядит совсем иначе.

Почему туристы едут в Припять зимой? Кто-то считает, что это безопаснее с точки зрения радиации — и это действительно так, снег несколько гасит уровни радиации (о которых, кстати, я ). Другим интересно поснимать припятскую архитектуру — когда на деревьях нет листвы, здания можно рассмотреть гораздо лучше. А третьим просто нравится атмосфера брошенного зимнего города — нём стоит абсолютная тишина, прерываемая летом шумом листвы и пением птичек.

В конце декабря 2016 года группа журналистов побывала зимней Припяти и привезла оттуда несколько интересных фотографий. Под катом - фотоснимки и мой рассказ про зимнюю Припять.

02. Охранник открывает шлагбаум на въезде в Припять. Всего в Чернобыльской зоне отчуждения три КПП — первый на въезде в тридцатикилометровую зону (собственно, КПП на въезде в ЧЗО), второй — на въезде в десятикилометровую зону, а третий — на въезде в Припять. На всех КПП проверяются документы и основания для пребывания в Чернобыльской зоне.

При выезде из "десятки" и "тридцатки" абсолютно всех посетителей проводят через рамки дозиметрического контроля — бывают случаи, когда они срабатывают, чаще всего на обувь.

03. Сразу за КПП начинается припятский проспект Ленина — некогда широкая магистраль сейчас полностью заросла кустарником и высокими деревьями. Зимой ещё можно разглядеть дома, а вот поздней весной и летом видны только верхние этажи городских девятиэтажек, возвышающихся над густым лесом.

04. Брошенные дома вдоль проспекта Ленина. Это главная улица Припяти, которая ведёт от КПП к общегородскому центру — площади с гостиницей, рестораном, дворцом культуры "Энергетик", гостиницей "Полесье" и универмагом.

05. Состояние известного "белого дома", который стоит на углу проспекта Ленина и улицы Курчатова (дом 13/34). Во время жизни города дом считался "элитным" — он находился в престижном месте города (виды из окон на проспект и центральную площадь), был построен из кирпича, а не из стандартных панелей и имел улучшенные планировки квартир.

Сейчас "белый дом" находится в очень плохом состоянии — штукатурка осыпается, кирпичные стены пошли глубокими трещинами, которые увеличиваются каждую зиму, внутрь заходить категорически нельзя. Думаю, "белый дом" сложится одним их первых жилых зданий города (кирпичные школы Припяти уже начали осыпаться).

06. Желтая телефонная будка на углу "белого дома". Тёмный проход справа ведёт в "Радугу" — когда-то это был городской магазин, а после аварии на ЧАЭС и консервации города в "Радугу" стали сносить ценные на то время вещи из припятских квартир — телевизоры, фортепиано, стиральные машины, электрические плиты. Это было сделано для того, чтобы вещи не расхищали мародёры, магазин в центре города было легче охранять.

В итоге эти вещи просто уничтожило само время — горы старых и никому ненужных плит, советских стиральных машин и деревянных телевизоров до сих пор стоят в "Радуге", я рассказывал об этом в фоторепортаже про .

07. Общий вид "белого дома". Будете в Припяти — не ходите внутрь, не надо. Каждую зиму в периоды оттепелей вода проникает внутрь растрескавшихся стен, а во время заморозков расширяется, еще больше увеличивая трещины. Дом не монолитый, блоки перекрытий просто лежат на кирпичных стенах и вот-вот начнут "складываться" из-за перераспределения массы.

08. Отель "Полесье" на центральной площади города. Рассказывают, что уже через несколько дней после аварии в уже отселенную Припять прилетел Горбачев и провёл ночь в местном отеле. Это был достаточно рискованный шаг, так как в конце апреля-начале мая 1986 года в городе были просто запредельные уровни радиации (26 апреля 1986 года — 1р/час, в 100.000 раз выше нормы) — их создавали короткоживущие изотопы вроде радиоактивного йода-131.

09. Дом культуры "Энергетик" с пустыми дырами на месте огромных окон. Когда-то в ДК стояли алюминиевые рамы, которые нелегально сняли уже в двухтысячные годы. Украинцы грустно шутят, что вскоре после этого появилось пиво "Оболонь" в алюминиевых банках.

10. Боковая сторона ДК, лестница. Оконные рамы тоже давно сняты, внутри гуляет ветер. Припять продлжают "пилить", в двухтысячные годы срезанные чугунные батареи вывозили целыми грузовиками — с тогдашней украинской коррупцией "договориться" о таком не составляло большой проблемы.

11. Вот так сейчас выглядит "Энергетик". Окна сняты полностью все — думаю, причина во всё том же алюминии. Это сделала не природа и не время, а люди. Многим иностранцам из числа туристов сложно объяснить, как такое возможно — практически легально вывозить металл из пораженного радиацией города.

12. А вот это — городской парк, он находится за центральной площадью, дорожки парка начинаются сразу за ДК "Энергетик".

13. Знаменитое припятское колесо обозрения, которое так и не успело заработать в полную силу — было только несколько пробных запусков колеса, а его "открытие" должно было состояться 1 мая 1986 года.

14. Машинки "автодрома". Не советую подходить к ним близко — в паре десятков метров от "Автодрома" садились вертолеты, которые в апреле-мае 1986 года сыпали свинец, бор и доломиты в жерло реактора, вся крайне радиоактивная грязь и пыль с вертолетов летела прямо сюда.

15. Несмотря на то, что в городе нет и уже никогда не будет людей, жизнь в нём продолжает кипеть — в городе гуляют дикие кабаны, забегают зайцы, вдоль периметра города ходят небльше табунчики лошадей Пржевальского и стаи волков, а прямо на центральной площади города журналистам удалось сфотографировать лисичку:

16. Ещё фото. Лисичка бежит от шастнадцатиэтажки с гербом УССР в сторону гостиницы "Полесье".

17. Тематические граффити на стене тира. Лично мне граффити с животными нравятся больше, чем .

18. Граффити с мишками на стене ресторана. "Теням" в городе больше не место — в памяти бывших жителей Припять давно отболела, став каким-то далёким воспоминанием молодости, город давно и полноправно принадлежит природе.

19. А в двух километрах от города стоит Четвертый энергоблок ЧАЭС, накрытый новым саркофагом.

20. В тумане.

Фото: Vladimir Shtanko/Anadolu Agency, Maxym Marusenko/NurPhoto.

В субботу я побывал в Чернобыльской зоне отчуждения. Сразу скажу, что поездка вызвала целое море впечатлений. Я переживал, что сильный мороз не даст долго гулять на улице, а из-за снега ничего не будет видно.

Но то, что я увидел, заставило меня улыбаться во весь рот. Возможно, некоторые меня не поймут, но вся поездка вызвала у меня скорее положительные эмоции, нежели грусть и печаль.

(Всего 48 фото)

Но давайте обо все по порядку! Я начну свой рассказ с Чернобыля.

Многие люди до сих пор путают город Чернобыль с Припятью. Чернобыль существовал до постройки АЭС, и существует до сих пор. Однако на данный момент он расположен в зоне отчуждения.

Первое упоминание о Чернобыле датируется 1193 годом, когда город перешел под контроль Польши. В переводе с украинского слово «чорнобиль» означает «полынь».

1. Чтобы попасть в зону нам выдали индивидуальные пропуска на один день. Мы спокойно прошли первый контрольный пункт «Дитятки», где к нам присоединился наш гид. Без сопровождающего туристов в зону не пускают. Фотографировать на контрольных пунктах строго запрещено. Хотя я не понимаю смысла этого запрета, ничего секретного там нет, и фотографий давно достаточно в интернете.

2. Вот мы и прибыли в центр Чернобыля.

4. Рядом был установлен монумент трубящий ангел.

5. Аллея Памяти мемориального комплекса «Звезда Полынь».

7. Как видите, нам приходилось бродить по колено в снегу. Это то, чему я так радовался целый день. Солнце, и просто море снега!

8. Я давно не видел такой красоты.

9. Все эти села сейчас сложно увидеть в заросших лесах.

12. Кстати о радиации. В Чернобыле уровень радиации около 20 мкР/ч. Нормой считается уровень до 30 мкР/ч.

13. До аварии в городе проживало 12,5 тысяч человек. В настоящее время в городе проживают только работники учреждений и предприятий зоны отчуждения (работают на вахтенной основе) и самосёлы.

14. А это что-то вроде мемориала солидарности.

15. Фукусима.

16. Бумажные журавлики.

17. Хиросима.

18. А я продолжаю восхищаться тишиной и красотой вокруг.

19. Памятник укротителя быка. Доставлен из села Куповатое. Примечательно, что в канун Пасхи, по существующей многолетней традиции, «самоселы» красят быку гениталии.

20. Почтовая площадь на аллее памяти. Стилизированное дерево с брошенными скворечниками и почтовые ящики. Говорят, в эти почтовые ящики люди бросают письма своим умершим родственникам.

21. Трубящий ангел из арматуры.

23. Мы прибыли в офис ЧернобыльИнформ, организации, которая занимается поездками в чернобыльскую зону.

Здесь нам показали на карте саму зону отчуждения. На территории Зоны было определено три контролируемых территории:
Особая зона (непосредственно промплощадка ЧАЭС).
10-километровая зона.
30-километровая зона.

25. А эта карта показывает как разлеталась радиация по нашей планете.

26. Карта заражения Украины цезием-137. Как мы видим, помимо Чернобыльской зоны достаточно сильно загрязнены Черкасская и Ивано-Франоквская области.

27. Возле пожарной части Чернобыля установлен памятник ликвидаторам аварии на ЧАЭС. Памятник сделан силами пожарных и работников ЧЗО на собственные средства.

28. Однако пожарные не этой части были первыми на аварии. ЧАЭС имеет свою пожарную часть.

29. Свято-Ильинская церковь. Ильинская церковь построена в 1779 году, сгорела во время пожара в 1873 году и восстановлена в 1878 году.

31. Природная красота.

32. И мнооого снега!

33. Едем домой.

34. Расстояние от Чернобыля до Киева физическое — 83 км, по автодорогам — 115 км.

35. Не успел сфотографировать дорогу в Чернобыль, поэтому решил по фотографировать хотя бы по пути обратно.

36. Просто уж больно красиво все было.

П"ятий і останній день християнського табору "Шлях". День ми почали з веселого фарбування один одного фарбами холі! Потім усі розфарбовані ми пішли…

В 1887 году Генрих Рудольф Герц обнаружил явление, впоследствии названное фотоэффектом. Его суть он определил в следующем:

Если свет от ртутной лампы направить на металл натрий, то с его поверхности будут вылетать электроны.

Современная формулировка фотоэффекта иная:

При падении световых квантов на вещество и при их последующем поглощении в веществе будут частично или полностью освобождаться заряженные частицы.

Другими словами при поглощении световых фотонов наблюдается:

1. Эмиссия электронов из вещества
2. Изменение электропроводности вещества
3. Возникновение фото-ЭДС на границе сред с различной проводимостью (например, металл-полупроводник)

В настоящее время существует три вида фотоэффекта:

1. Внутренний фотоэффект. Заключается в изменении проводимости полупроводников. Он используется в фоторезисторах, которые применяются в дозиметрах рентгеновского и ультрафиолетового излучения, также используется в медицинских приборах (оксигемометр) и в пожарной сигнализации.
2. Вентильный фотоэффект. Заключается в возникновении фото-ЭДС на границе веществ с разным типом проводимости, в результате разделения носителей электрического заряда электрическим полем. Он используется в солнечных батареях, в селеновых фотоэлементах и датчиках, регистрирующих уровень освещенности.
3. Внешний фотоэффект. Как уже говорилось ранее, это процесс выхода электронов из вещества в вакуум под действием квантов электромагнитного излучения.

Законы внешнего фотоэффекта.

Они были установлены Филиппом Ленардом и Александром Григорьевичем Столетовым на рубеже 20 века. Эти ученые измеряли число выбитых электронов и их скорость в зависимости от интенсивности и частоты подающего излучения.

Первый закон (закон Столетова):

Сила фототока насыщения прямо пропорциональна световому потоку, т.е. падающему излучению на вещество.

Теоретическая формулировка: При напряжении между электродами равном нулю фототок не равен нулю. Это объясняется тем, что после выхода из металла электроны обладают кинетической энергией. При наличии напряжения между анодом и катодом сила фототока растет с ростом напряжения, а при определенном значении напряжения ток достигает своего максимального значения (фототок насыщения). Это значит, что все электроны ежесекундно испускаемые катодом под действием электромагнитного излучения принимают участие в создании тока. При смене полярности ток падает и скоро становится равным нулю. Здесь электорон совершает работу против задерживающего поля за счет кинетпческой энергии. При увеличении интенсивности излучения (рост числа фотонов) растет число поглощенных металлом квантов энергии, а следовательно и число вылетевших электронов. Значит, чем больше световой поток, тем больше фототок насыщения.

I ф нас ~ Ф, I ф нас = k·Ф

k - коэффициент пропорциональности. Чувствительность зависит от природы металла. Чувствительность металла к фотоэффекту увеличивается с увеличением частоты света (при уменьшении длины волны).

Эта формулировка закона является технической. Она справедлива для вакуумных фотоэлектрических приборов.

Количество испускаемых электронов прямопропорционально плотности падающего потока при его постоянном спектральном составе.

Второй закон (закон Эйнштейна):

Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектрона промопропорциональна частоте падающего лучистого потока и не зависит от его интенсивности.

E kē = => ~ hυ

Третий закон (закон “красной границы”):

Для каждого вещества существует минимальная частота или максимальная длина волны, за пределами которой фотоэффект отсутствует.

Эта частота (длина волны) называется “красной границей” фотоэффекта.

Таким образом, он устанавливает условия фотоэффекта для данного вещества в зависимости от работы выхода электрона из вещества и от энергии падающих фотонов.

Если энергия фотона меньше работы выхода электрона из вещества, то фотоэффект отсутствует. Если же энергия фотона превышает работу выхода, то ее избыток после поглощения фотона идет на начальную кинетическую энергию фотоэлектрона.

Применение его для объяснения законов фотоэффекта.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Свою теорию он основал на законах еще зарождающейся квантовой физики.

Эйнштейн сформулировал три положения:

1. При воздействии с электронами вещества падающие фотоны поглощаются полностью.
2. Один фотон взаимодействует только с одним электроном.
3. Один поглощенный фотон способствует выходу только одного фотоэлектрона с некоторой E kē .

Энергия фотона расходуется на работу выхода (А вых) электрона из вещества и на его начальную кинетическую энергию, которая будет максимальна, если электрон выходит с поверхности вещества.

E kē = hυ - А вых

Чем больше частота падающего излучения, тем больше энергия фотонов и тем больше (за вычетом работы выхода) остается на начальную кинетическую энергию фотоэлектронов.

Чем интенсивнее падающее излучение, тем больше фотонов входит в световой поток и тем больше электронов смогут выйти из вещества и участвовать в создании фототока. Именно поэтому сила фототока насыщения промопропорциональна световому потоку (I ф нас ~ Ф). Однако начальная кинетическая энергия от интенсивности не зависит, т.к. один электрон поглощает энергию только одного фотона.

Фотоэффект- это явление вырывания света электронов из металла(внешний)

Фотоэффе́кт - это испускание электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твёрдых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости иливентильного фотоэффекта.

Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием излучения.

Вентильный фотоэффект является разновидностью внутреннего фотоэффекта, – это возникновение ЭДС (фото ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Многофотонный фотоэффект возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Законы Столетова

Первый закон
Исследуя зависимость силы тока в баллоне от напряжения между электродами при постоянном световом потоке на один из них, он установил первый закон фотоэффекта.

Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл.

T.к. сила тока определяется величиной заряда, a световой поток - энергией светового пучка, то можно сказать:

число электронов, выбиваемых за 1 c из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

Второй закон

Изменяя условия освещения на этой же установке, A. Г. Столетов открыл второй закон фотоэффекта: кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, a зависит от его частоты.

Из опыта следовало, что если частоту света увеличить, то при неизменном световом потоке запирающее напряжение увеличивается, a, следовательно, увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов. Таким образом, кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает c частотой света.

Третий закон

Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. e. существует наименьшая частота nmin, при которой еще возможен фотоэффект.

Закон сохранения энергии, записанный Эйнштейном для фотоэффекта, состоит в утверждении, что энергия фотона, приобретенная электроном, позволяет ему покинуть поверхность проводника, совершив работу выхода. Остаток энергии реализуется в виде кинетической энергии теперь уже свободного электрона

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы вы­хода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетичес­кой энергии mv2max/2. По закону сохранения энергии,

(203.1)

Уравнение (203.1) называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Эффект Комптона

Изменение длины волны света при рассеивании на связанных электронов

ОПЫТЫ РЕЗЕРФОРДА.ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА

Опыты Резерфорда. Масса электронов в несколько тысяч раз меньше массы атомов. Так как атом в целом нейтрален, то, следовательно, основная масса атома приходится на его положительно заряженную часть.

Для экспериментального исследования распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд предложил в 1906 г. применить зондирование атома с помощью -частиц. Эти частицы возникают при распаде радия и некоторых других элементов. Их масса примерно в 8000 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен по модулю удвоенному заряду электрона. Это не что иное, как полностью ионизированные атомы гелия. Скорость -частиц очень велика: она составляет 1/15 скорости света.

Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов. Электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменить траекторию -частицы, подобно тому как камушек в несколько десятков граммов при столкновении с автомобилем не может значительно изменить его скорость.

Планетарная модель атома. На основе своих опытов Резерфорд создал планетарную модель атома. В центре атома расположено положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. В целом атом нейтрален. Поэтому число внутриатомных электронов, как и заряд ядра, равно порядковому номеру элемента в периодической системе. Ясно, что покоиться электроны внутри атома не могут, так как они упали бы на ядро. Они движутся вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца. Такой характер движения электронов определяется действием кулоновских сил притяжения со стороны ядра.