ГЛАВА 35. КВАНТОВАЯ ОПТИКА. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

В формуле (35.2) пренебрегается первоначальной скоростью теплового движения, которая много меньше приобретенной при поглощении фотонов видимого света. Формула (35.2), которая называется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта, объясняет все три закона фотоэффекта, а также отсутствие «инерционности» фотоэффекта¹. Во-первых, в формулу (35.2) не входит интенсивность волны, а входит только частота, и потому скорость фотоэлектрона определяется частотой света, но не его интенсивностью (второй закон фотоэффекта). Во-вторых, в рамках предположения о фотонах объясняется и первый закон фотоэффекта: если монохроматический свет — это совокупность фотонов одинаковой частоты, то интенсивность света определяется их количеством. Поэтому количество фотоэлектронов (которое про- порционально количеству поглощенных фотонов) пропорционально интенсивности света. Также в рамках этого предположения легко объясняется красная граница фотоэффекта, характерная для данного металла. Из формулы (35.2) заключаем, что при частоте ν₀, которая определяется из соотношения

фотоэлектроны не имеют достаточной энергии, чтобы преодолеть силы притяжения со стороны металла, и фотоэффект прекращается. Отсутствие же «инерционности» связано с тем, что поглощение света электроном происходит «не постепенно» (как было бы, если бы электрон разгонялся полем волны), а сразу «целым фотоном» с увеличением энергии электрона на величину энергии фотона hν. Рассмотрим несколько примеров использования логики Эйнштейна при исследовании света и фотоэффекта.

Пример 35.1². Лазер излучает свет с длиной волны λ, потребляя при этом мощность P. Сколько фотонов излучает лазер за время τ, если в энергию света переходит часть η потребляемой лазером энергии?

Решение. Потребляя мощность P, лазер в единицу времени превращает энергию ηP в энергию света.

¹ В 1921 г. А. Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия по физике за (формулировка Нобелевского комитета) «важные физико-математические исследования и особенно за открытие законов фотоэлектрического эффекта». Удивительно, но за главное свое достижение — теорию относительности — Эйнштейн Нобелевскую премию не получил.

² Обратим внимание читателя, что задачи такого типа часто предлагаются в разделе С ЕГЭ по физике (в качестве задачи С6).