Фотоэффект с точки зрения теории двух состояний фотона. Без

Фотоэффект с точки зрения теории двух состояний фотона.
Без Квантовой теории намного проще. П.В.
Фотоэффект это сложное физическое явления и связано с теорией фотона. Внешним
фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под
действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем
фотоэффекте, называются фотоэлектронами. Фотоэффект заключен выбиванием световым
потоком одного из электронов в атоме, что приводит к его ионизации. Такова физическая
сущность. А как она происходит, постараемся выяснить на основании новой теории о фотоне
(теория двух состояний фотона).
Принципиально, как выясним позже, выбивания электрона происходит из-за теплового
соударения атомов, которые приобрели скорость от светового потока.
Согласно теория двух состоянии: фотон может находиться в состоянии электромагнитного
излучения, распространяться со скоростью света только в вакууме при этом вакуумом может быть
только пространство, которое заполнено различными видами излучения, включая и
гравитационное; и в состоянии приращенной кинетической энергии в атоме.
Фотон в состоянии электромагнитного излучения имеет константу энергии, а время действия
определяет его мощность, мощность эквивалентна температуре.
С точки зрения энергии для покидания электрона веществом необходимо ее определенное
количество для разных веществ. Согласно новой теории каждый фотон имеет одинаковую
энергию равную Ef , но разное по величине временим воздействия на атом, то есть мощностью.
Атом, как элемент поглощения фотона, являясь контуром электромагнитного поглощения, в
зависимости от частоты электромагнитного поглощения изменяет скорость атома, т.е.
приобретает энергию. Эта энергия имеет прямую зависимость от частоты на самом деле от
количества фотонов за единицу времени, т.е. от мощности.
Всегда возможно столкновения двух атомов с фотонами в состоянии кинетических энергии
максимальным частотам спектра излучения. Значит, минимальная энергия необходимая для
выбивания электрона, может быть зарегистрирована, равной mv2/2 , где v скорость атома
соответствующая определенной частоте излучения, а m масса атома.
Согласно постулату автора
E = 3/2 k T =Ef * nf * T
Где k - постоянная Больцмана,
nf - количества фотонов приходящих на один Кельвин.
Подставляем значения, получим: nf = 3,124 * 10 10 /К, здесь надо заметить, что автор количество
фотонов принимал за одну секунду, т.е. численно равно частоте в Гц, приходящее на 1 К, что
эквивалентно безразмерному значению. А в волновой теории уже так принято считать не
количество фотонов, а количество периодов.
Энергия фотона, равна Ef =6,626 * 10 – 34 Дж = 4,136·10 - 15 эВ, является постоянной величиной и не
зависит от природы вещества.
Кинетическая энергия атома определяется количеством поглощенных им фотонов. И так
mv2/2 = Ef * nf * T = Ef * n ( 1 )
В каждом атоме при определенном количестве фотонов, поступающих за одну секунду,
сосредоточено фиксированное значение энергий.
Согласно новой теории выбивания электрона происходит не от фотона в состоянии излучения, а
вначале энергия излучения переходит кинетическую энергию атома, а уже при столкновении
атома, выделенная энергия переходит в электрон, и если энергия достаточна, происходит выход
электрона.
Таким образом, в молекулярно-кинетическую теорию необходимо добавить, что она является
электронно-молекулярная-кинетическая теория. Поясним, кинетическая энергия в веществе
распределена между свободными электронами и молекулами, причем происходит постоянный
переход кинетической энергии в энергию излучения и обратно.
Минимальная энергия, при которой начинается выход электрона, определяется по формуле 1.
Запишем:
Emin = mv2/2 = Ef * nf * Tmin = Ef * nmin ( 2 )
Измерения позволяет также определить работу выхода электрона A = Emin . Придется
повториться, что n это число фотонов, а не частота, хотя численно ей равна, в силу того что для
определения кинетической энергии скорость взята скорость в м/с, поэтому количество фонов так
же за секунду.
Атом вещество, из которого выбивают электрон, обладает определенной массой, а значит и
количеством движения (импульсом). Посредством импульса и происходит передача энергии
электрону при соударении двух атомов.
Здесь надо сделать пояснение при абсолютно - упругом ударе атом полностью может передать
импульс и энергию электрону.
Максимальная кинетическая энергия электрона EЭ может быть определена:
EЭ = E - Emin = Ef * nf *( T – Tmin ) = Ef *(n - nmin) ( 3 )
Внешний фотоэффект правильней называть фотоэлектронной эмиссией. Электронная эмиссия —
явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости. Электронную
эмиссию, возникающую в результате нагрева, называют термоэлектронной эмиссией. Я считаю,
что любая электронная эмиссия является термо, и связана с нагревом поверхности. А тип эмиссии
определяется методом нагрева поверхности. Нагрев с помощью электромагнитного излучения
изучает влияние параметров излучения на нагрев. Обратите внимания на формулу 2,
минимальная энергия может быть определена или минимальной частотой или минимальной
температурой. В данном случае имеется в виду температура поверхности.
Миф о том, что фотон обладает импульсом, не имеет под собой почвы. Импульс передается не
фотоном электрону, а атомом, получившим энергию от фотона. Фотон обладает двумя
энергетическими состояниями: электромагнитного излучения и поступательного движения частиц.
Атом является приемником электромагнитного излучения. Столкновения двух атомов, выступает в
роли генератора электромагнитного излучения.
Среди металлов наименьшей работой выхода обладают щелочные металлы. Например, у натрия
A = 1,9 эВ, что соответствует красной границе фотоэффекта λкр ≈ 680 нм. Поэтому соединения
щелочных металлов используют для создания катодов в фотоэлементах, предназначенных для
регистрации видимого света.
Итак, законы фотоэффекта свидетельствуют, что при испускании и поглощении фотона идет
переход фотонов в разные энергетические состояния. Можно ли состояния фотона проявляющего
себя в поступательном движении атома, назвать частицей? Ответ в этой теории остается
открытым. Однако если при этом происходит увеличение массы, то ближе к частице.
Все равно это не мешает сделать основной вывод, благодаря двум состояниям фотона процесс
фотоэффекта происходит так: фотон в состоянии излучения, облучает атом, и приводит его
движения в зависимости от мощности фотона, приобретает определенную энергию, далее этот
атом сталкивается с другим атомом, передавая энергию электрону. При достаточной энергии для
покидания электрона атома на поверхности он покидает и поверхность.
Никаким импульсом излучение не обладает. Импульс возникает в самом атоме из-за поглощения
излучения.
В любой электронной эмиссии процесс идет по аналогичному сценарию, например
термоэлектронная эмиссия атом приобретает энергию от внутренних фотонов, так как внутри
тела происходит постоянный переход фотонов из одного состояния в другое, так же атомы при
столкновении могут передать энергию электрону.
В заключении можно сказать квантовая теория была создана только для того, чтобы объяснить
возникновения импульса движения у света. Теперь, когда возникновения движения атома можно
объяснить энергией излучения, т.е. атом как приемник излучения, и преобразователь в
кинетическую энергию его, все вопросы решаются классическими методами. Все это значительно
упрощает расчеты, связанными с фотонами. Выдуманный квант менял энергию фотона
пропорционально частоте. На самом деле меняется кинетическая энергия поступательного
движения атома пропорционально количеству фотонов (частоте) при воздействии на него
излучения.
П.В.Трофимов