Билет №18

1.Фотоэффект. Вольтамперная характеристика фотоэлемента при разных интенсивностях и разных частотах падающего света.

Фотоэффект — это вырывание электронов из вещества под действием падающего на него света. Вольтамперная характеристика фотоэффекта – зависимость фототока I, образуемого потоком электронов, от напряжения между электродами. Меняя величину анодного напряжения, можно проследить, как меняется фототок. Если напряжение U отрицательно и велико по модулю, то фототок отсутствует. Это легко понять: электрическое поле, действующее на электроны со стороны катода и анода, является тормозящим и обладает столь большой величиной, что электроны не в состоянии долететь до анода. Начального запаса кинетической энергии не хва­тает — электроны теряют свою скорость на подступах к аноду и разворачиваются обратно на катод. Максимальная кинетическая энергия вылетевших электронов оказывается меньше, чем модуль работы поля при перемещении электрона с катода на анод: Будем постепенно увеличивать напряжение, т. е. двигаться слева направо вдоль оси U из далёких отрицательных значений. Поначалу тока по-прежнему нет, но точка разворота электронов становится всё ближе к аноду. Наконец, при достижении напряжения U_з, которое называется задерживающим напряжением, электроны разворачиваются назад в момент достижения анода (фототок = 0) Таким образом, величина задерживающего напряжения позволяет определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов. При постепенном увеличении напряжения (при U=0 фототок есть!) фототок тоже будет увеличиваться, вскоре наступит такой момент, когда ток достигнет своей предельной величины Iн, называемой током насыщения, и дальше возрастать перестанет. Дело в том, что напряжение, ускоряющее электроны, становится настолько велико, что анод захватывает вообще все электроны, выбитые из катода — в каком бы направлении и с какими бы скоростями они не начинали движение.

Сила тока насыщения не зависит от частоты падающего света. От частоты подающего света зависит задерживающее напряжение, а значит и кинетическая энергия фотоэлектронов, чем больше частота света (v₂> v₁> v₀), тем больше кинетическая энергия, тем больше должно быть задерживающее напряжение. Если частота света меньше определенной для данного вещества минимальной частоты v₀, то фотоэффекта не происходит. Частоту v₀ называют красной границей фотоэффекта. Задерживающий потенциал, соответствующий красной границе фотоэффекта, равен нулю.

v – скорость [м/с]

I – сила тока [А]

ν – частота [1/с] [Гц]

U – напряжение [В]

m – масса электрона = 9,1 • 10^-31 [кг] e – заряд электрона = —1,6 • 10^-19 [Кл]

n – число электронов, испускаемых катодом за 1 с

2. Спектр излучения водорода. Граница серии, граница спектра, головная линия. Формула Ридберга.

Спектр излучения - совокупность электромагнитных волн, излучаемых атомами данного вещества. Излучения атомов состоят из волн с дискретными, отдельными, строго фиксированными длинами. Спектры испускания можно получить путем нагрева вещества или пропускания электрического тока, то есть после возбуждения атомов газа. На опыте такие спектры выглядят, как светлые, цветные линии на темном фоне, потому они и называются линейчатыми. Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длина волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависит только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависит от способа возбуждения свечения атомов. Атомы любого химического элемента излучают строго определенный набор длин волн. На этом факте основан спектральный анализ — способ определения химического состава вещества по его спектру.

Формула и постоянная Ридберга.

Атом излучает или поглощает энергию, если электрон переходит из одного стационарного состояния в другое. Величина энергии излучаемого светового кванта равна разности энергии тех стационарных состояний, между которыми происходит переход электрона. Постоянная Ридберга выражается через мировые постоянные.

Спектральная серия – набор спектральных линий, которые образуются в результате перехода электрона с любого из вышележащих термов на один нижележащий, который является базовым термом серии. Спектральные серии:

m = 1 — Лаймана (ультрафиолетовая), n = 2, 3, 4, …;

m = 2 — Бальмера (видимая), n = 3, 4, 5, …;

m = 3 — Пашена (инфракрасная), n = 4, 5, 6, …;

Каждая серия характеризуется двумя краями: линия, соответствующая n = m+1, называется головной, она соответствует самой длинной волне в данной серии. Граница серии определяется максимальным значением n, т.е. условием n → ∞, соответствующая меньшей длине. Невозможно точно указать границы спектрального диапазона видимого излучения. Обычно это с 380—400 нм (фиолетовый) до 760—780 нм (красный).

h – постоянная планка = 6,63*10^-34 [Дж*с]

ν – частота [1/с] [Гц]

v – скорость [м/с]

p – импульс [ кг*м/с]

E – энергия [Дж] [эВ] = 1,6*10^-19 Дж

e – заряд электрона = —1,6 • 10^-19 [Кл]

r - расстояние между зарядами

k – коэффициент пропорциональности = = 9*10⁹ [H*m²/Кл²]

h(перечеркнутое) – коэффициент = = 1,05*10^-34 [Дж*с]

m – масса электрона = 9,1 • 10^-31 [кг]

v-скорость электрона

r_n-радиус стационарной орбиты[м]

n – главное квантовое число

R – постоянная Ридберга = 1.1*10⁷ [1/м]

R^* - постоянная Ридберга, деленное на скорость света [1/с]

ε₀ - диэлектрическая постоянная = 8,85*10^-12 [Кл²/Н*м²] [Ф/м]

λ – длина волны [м]