Тема 1. Фотоелектричний ефект
План
1. Предмет, методи і завдання квантової фізики
2. Закони фотоефекту. Дослідження Столєтова
3. Квантова теорія фотоефекту
4.Фотоелементи та їх застосування
1. Предмет, методи і завдання квантової фізики
Загальні відомості
Як вже зазначалось, в кінці XIX і на початку XX ст. було відкрито ряд фізичних явищ, які неспроможна пояснити класична фізика. У зв'язку з цим виникла необхідність створення нової фізичної теорії, яку назвали квантовою теорією матерії, або квантовою фізикою.
Квантова фізика вивчає процеси, що відбуваються у мікросвіті — в світі молекул, атомів, атомних ядер, елементарних частинок. Оскільки властивості макроскопічних тіл зумовлені рухом і взаємодією їх складових — мікрочастинок, то закони квантової фізики дають змогу пояснити більшість явищ макросвіту.
Квантова механіка, квантова статистика і квантова теорія поля в сукупності складають квантову теорію матерії, або квантову фізику.
Квантова механіка — теорія руху мікрочастинок і їх систем, теорія явищ субатомного масштабу та їх впливу на макроявища.
Перший підготовчий крок до створення квантової механіки зробив М. Планк. Він для пояснення розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла висунув гіпотезу про те, що енергія атомів-випромінювачів може змінюватися дискретними порціями — квантами. Другий крок зробив А. Ейнштейн, який ввів у 1905 р. поняття фотона (кванта електромагнітного поля) і дав тлумачення зовнішньому фотоефекту. Далі, у 1913 p. H. Бор використав ідею квантів і штучно введені постулати для пояснення станів водневоподібних атомів і розшифрування їхніх спектрів.
У 1924 р. Л. де Бройль висунув гіпотезу про корпускулярно-хвильовий дуалізм матеріальних частинок, основна ідея якої про хвильові властивості частинок була в 1927 р. підтверджена К. Де-віссоном і Л. Джермером (США), Дж. П. Томсоном (Шотландія) і радянським фізиком П. С. Тартаковським.
Накопичення фактів привело до становлення у 1925—1928 pp. сучасної квантової механіки. У цей період В. Гейзенберг розробив матричну теорію кінематики і динаміки мікрочастинок; Е. Шредінгер, спираючись на ідеї Л. де Бройля, у 1926 р. дістав диференціальне рівняння руху мікрочастинок; М. Борн у 1927 р. дав статистичну інтерпретацію квантово-механічного опису станів мікрочастинок або їх систем; П. Дірак і В. Паулі заклали основи релятивістської квантової механіки. Тоді ж було сформульовано принцип невизначеності Гейзенберга, принцип Паулі, принцип відповідності Бора.
У наступні роки великий вклад у розвиток квантової фізики внесли Г. Лондон, Е. Фермі, Р. Фейнман, М. Гелл-Манн, В.О. Фок, Л.Д. Ландау, І.Є. Тамм, Д.І- Блохінцев, М.М. Боголюбов, Я.І- Френкель та інші вчені.
Квантова механіка являє собою фізичну теорію, яка описує явища атомного масштабу, тобто рух елементарних частинок та систем, що з них складаються. При цьому вважається, що мікрочастинки рухаються із швидкостями, значно меншими від швидкості світла.
Процеси з участю релятивістських мікрочастинок (частинок, що рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла) супроводяться, як правило, зміною кількості частинок, їх народженням та поглинанням. Такі процеси розглядаються у квантовій теорії поля.
Властивості системи з великою кількістю частинок, рух яких описується законами квантової механіки, вивчаються у квантовій статистиці.
Успіхи квантової фізики відіграли важливу роль у науково-технічній революції. ............
