Страница 57 из 161
Фотоэлектрический эффект
Рту работу РІ настоящее время рассматривают как работу Рйнштейна РїРѕ фотоэлектрическому эффекту. Однако РѕРЅР° имеет гораздо большую значимость. Р’ ней Рйнштейн установил РёР· общих принципов статистической термодинамики, что энтропия излучения, описываемая законом распределения Р’РёРЅР°, имеет такую же форму, как Рё энтропия газа элементарных частиц. Рйнштейн использовал этот аргумент для заключения, СЃ эвристической точки зрения, что свет состоит РёР· квантов, каждый РёР· которых содержит энергию, которая дается произведением постоянной Планка РЅР° частоту света. РћРЅ применил это заключение для объяснения некоторых явлений, среди которых был Рё фотоэлектрический эффект. РћРЅ писал:
Волновая теория, работая с непрерывными функциями, оказывается корректной для представления чисто оптических явлений и вряд ли будет заменена какой-либо другой теорией. Однако, следует иметь в виду, что оптические наблюдения относятся к усредненным по времени значениям, а не к мгновенным значениям. Возможно, что, несмотря на полное экспериментальное подтверждение теории дифракции, отражения, дисперсии и др., теория света, основанная на непрерывных функциях, может привести к противоречиям, если мы применим ее к явлениям получения и преобразования света. В самом деле, мне кажется, что наблюдения в области черного тела, фотолюминесценции, генерации катодных лучей ультрафиолетовым излучением и другие группы явлений, связанных с генерацией и преобразованием света, могут быть лучше поняты на основе предположения, что энергия в свете распределена в пространстве не непрерывно. Согласно представляемому теперь же предположению, энергия в пучке света, испускаемого точечным источником, не распределяется непрерывно на все больший и больший объем в пространстве, но заключена в конечном числе квантов энергии, локализованных в точках пространства, которые распространяются, без какого-то бы ни было дробления, и испускаются и поглощаются лишь как целое.
Рйнштейн использовал слова кванты энергии. Термин фотон был введен значительно позже, РІ 1926 Рі., американским С…РёРјРёРєРѕРј Р“. Рќ. Льюисом (18751946), РѕРґРЅРёРј РёР· отцов современной теории химической валентности.
Получение катодных лучей (т.е. отрицательно заряженных частиц, определенных как электроны) с помощью ультрафиолетового света было фотоэлектрическим эффектом, который был открыт в то время. �рония заключалась в том, что это явление было описано в 1887 г. Генрихом Герцем во время его блестящего подтверждения электромагнитной (волновой) теории света, полученного с помощью его открытия электромагнитных волн. В следующем году это явление было исследовано Вильгельмом Гальваксом (1862 1947), который, в частности, показал, что определенные металлические поверхности теряют некоторый электрический заряд, становясь положительно заряженными, при облучении этих поверхностей ультрафиолетовым светом. Позднее независимо друг от друга Дж. Дж. Томсон и Филипп Ленард (1862 1947) показали, что этот эффект получается в результате испускания отрицательно заряженных частиц, электронов, металлической поверхностью. Поскольку первоначально металл не имеет избыток какого-нибудь заряда, то если испускаются отрицательные заряды, на металле должен оставаться положительный заряд, который компенсировался отрицательным зарядом. Ленард продолжил исследования этого явления и в 1902 г. представил детальные результаты в пространной статье, опубликованной в A
Рйнштейн РІ своей работе дал объяснение фотоэлектрического эффекта, как пример применения его теории световых квантов. Согласно ему, энергия световых волн распространяется РЅРµ как волна, РЅРѕ скорее как частица (Рйнштейн назвал ее квантом энергии), которая имеет энергию обратно пропорциональную длине волны света. Число квантов пропорционально интенсивности света. Чем интенсивней волна, тем больше квантов РѕРЅР° содержит. РљРѕРіРґР° квант света сталкивается СЃ электроном РІ металле, РѕРЅ сообщает этому электрону РІСЃСЋ СЃРІРѕСЋ энергию Рё исчезает. Рлектрон тратит часть этой энергии РЅР° то, чтобы покинуть металл, Р° остаток идет РЅР° кинетическую энергию. Р�нтенсивность светового пучка, будучи пропорциональной числу квантов, РЅРµ влияет РЅР° энергию электронов, РЅРѕ определяет РёС… полное число.