Like all EM waves, light transports

Like all EM waves, light transports energy across space. The intensity (energy per unit area and unit time) is proportional to the square of the amplitude of the electric field of the light wave. This energy, however, arrives at a receiver not continuously but in discrete units called photons. The energy transported by an electromagnetic wave is not continuously distributed over the wave front. It is transported in discrete packages. Photons are the particles of light.

Properties of photons:

Photons always move with the speed of light.
Photons are electrically neutral.
Photons have no mass, but they have energy E = hf = hc/λ. Here h = 6.626*10-34 Js is a universal constant called Planck's constant. The energy of each photon is inversely proportional to the wavelength of the associated EM wave. The shorter the wavelength, the more energetic is the photon, the longer the wavelength, the less energetic is the photon.
A laser beam and a microwave beam can carry the same amount of energy. In this case the laser beam contains a smaller number of photons, but each photon in the laser beam has a higher energy than the photons in the microwave beam.
Photons can be created and destroyed. When a source emits EM waves, photons are created. When photons encounter matter, they may be absorbed and transfer their energy to the atoms and molecules. Creation and destruction of photons must conserve energy and momentum. The magnitude of the momentum of a photon is p = hf/c = h/λ.
Problem:

What is the energy of a photon of blue light (λ = 450 nm) and of a photon of red light (λ = 700 nm) in units of eV = 1.6*10-19 J?
Solution:
E = hc/λ.
Blue light: E = (6.626*10-34 Js)(3*108 m/s)/(450*10-9 m) = 4.4*10-19 J = 2.76 eV
Red light: E = (6.626*10-34 Js)(3*108 m/s)/(700*10-9 m) = 2.8*10-19 J = 1.8 eV

Problem:

A 100-W incandescent light bulb uses 100 W (100 W = 100 J/s) of electrical power but only radiates about 15 W of actual visible light. Roughly how many visible photons per second hit the open pages of a typical hardcover book if the pages are about 2 m from the bulb and face it directly?
Solution:
We have to make a variety of estimations and approximations to solve this problem.
To find the number of photons hitting the pages each second, we have to know the light energy hitting the pages per second and the energy per photon. We could compute the latter if we knew the wavelength of the light, but the visible light emitted by a normal incandescent bulb is a mix of wavelengths.
Let us estimate that the average wavelength of the visible light is about 550 nm, which is in the yellow region of the spectrum. This means that the average energy per photon is about
E = hc/λ = (6.626*10-34 Js)(3*108 m/s)/(550*10-9 m) = 3.61*10-19 J = 2.26 eV.

To find the number of photons hitting the pages of a book, we need to know the energy per second that falls on the pages. Let us assume that the light energy from the bulb travels uniformly in all directions. Imagine a sphere centered on the light bulb with a radius R = 2 m. Every second, 15 J or so of visible light energy crosses this sphere. If the light energy is spread uniformly over the sphere, then the intensity of the visible light or the energy per unit area per unit time in units of W/m2 at any point on the inner surface of the sphere will be

I = Plamp/(4πR2),

where Plamp is the power of the visible light emitted by the lamp (~15 W) and 4πR2 is the area of the inner surface of the sphere.

I = (15/(16π))(W/m2)

The book pages essentially lie on the inner surface of this imaginary sphere, they have area A. The energy per unit time that falls on on this area is

Pbook = IA.
(Energy per unit time falling on area A = energy per unit time per unit area times area A.)

Taking a typical hardcover book and measuring it with a ruler, we find that the two facing pages form a rectangle about 18 cm tall and 24 cm wide, so A = (0.18 m)(0.24 m) = 0.058 m2. So

Pbook = (15/(16π))*0.058 W = 0.017 J/s.

Finally, to find the number of photons per second falling on these pages, we have to divide Pbook by the energy per photon.

Number of visible photons from bulb hitting the book per second

= (0.017 J/s)/(3.61*10-19 J) = 4.7*1016/s.

This is not an accurate number, but a useful, order of magnitude estimate.

In 1905, Einstein used the discrete nature of light to explain the photoelectric effect. To demonstrate this effect light is shone on a metal surface. If the frequency of the light is higher than the cutoff frequency fc, then electrons are released. No photoelectric electrons are emitted if the frequency of the light falls below this cutoff frequency fc. For many metal surfaces the frequency of blue light is greater than fc and the frequency of red light is less than fc. If red light is shone on the surface, no electrons are emitted, no matter what the intensity of the light. If blue light is shone on the surface, electrons are emitted. The number of emitted electrons depends on the intensity of the light. But even if the intensity is reduced to a very low value, electrons are still emitted, albeit at a very low rate.

The photoelectric effect cannot be understood within the wave picture of light. To eject an electron from a metal surface a certain amount of energy Φ, called the work function of the metal, must be supplied to this electron. In the wave picture the energy of the light beam does not depend on the frequency, but only on the intensity, which is proportional to the square of the amplitude. Einstein explained the photoelectric effect by postulating that an electron can only receive the large amount of energy necessary to escape the metal from the EM wave by absorbing a single photon. If this photon has enough energy, the electron is freed. Excess energy appears as kinetic energy of the electron. The maximum kinetic energy of the electron is given by E = hf - Φ. If the photon does not have enough energy, then the electron cannot escape the metal.

Link:

The photoelectric effect
Problems:

Molybdenum has a work function of 4.2 eV. Find the cutoff frequency and cutoff wavelength for the photoelectric effect.
Solution:
hfc = Φ,
fc = Φ/h = (4.2 eV)(1.6*10-19 J/eV)/(6.626*10-34 Js) = 1.01*1015 Hz is the cutoff frequency
λc = c/fc = 296 nm is the cutoff wavelength.
Electrons are ejected from a metal surface with speeds ranging up to 4.6*105 m/s when light with a wavelength of 625 nm is used.
(a) What is the work function of the surface?
(b) What is the cutoff frequency of the surface?

Solution:
(a) Φ = hf - E. E = (1/2)mv2 = (1/2)(9.1*10-31 kg)(4.6*105 m/s)2 = 9.63*10-20 J
hf = hc/λ = (6.626*10-34Js)(3*108 m/s)/(625*10-9 m) = 3.18*10-19 J
Φ = (3.18*10-19 J) - (3.18*10-19 J) = 2.21*10-19 J is the workfunction of the surface.
(b) fc = Φ/h = (2.21*10-19 J)/(6.626*10-34 Js) = 3.35*1014 Hz is the cutoff frequency.
Light of wavelength 500 nm is incident on sodium with a work function of 2.28 eV. What is the maximum kinetic energy of the ejected photoelectron?
Solution:
E = hf - Φ = hc/λ - Φ.
hf = hc/λ = (6.626*10-34 Js)(3*108 m/s)/(500*10-9 m) = (3.98*10-19 J)(1 eV)/(1.6*10-19J) = 2.48 eV.
E = 0.2 eV.
Link:

The photoelectric effect applet
The Compton effect or Compton scattering (discovered in 1923, Nobel Prize in Physics in 1927) is another famous experiment supporting the existence of photons. To observe the Compton effect, x-rays are scattered from (nearly) free electrons. To understand Compton scattering we must think of photons as particles.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เช่นคลื่น EM ทั้งหมด ไฟขนส่งพลังงานในพื้นที่ ความเข้ม (พลังงานต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา) เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความกว้างของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง พลังงานนี้ อย่างไร ตามมาถึงที่ตัวรับสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง แต่ ในหน่วยเดี่ยว ๆ เรียกว่า photons อย่างต่อเนื่องไม่มีกระจายพลังงานที่ขนส่ง โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วงหน้าคลื่น มันคือขนส่งในแพคเกจแยกกัน Photons ที่มีอนุภาคของแสง

คุณสมบัติของ photons:

Photons ย้าย ด้วยความเร็วของแสง
Photons ได้นวดกลาง
Photons ที่มีมวลไม่ แต่พวกเขามีพลังงาน E = hf = hc/λ ที่นี่ h = 6.626 * 10-34 Js เป็นค่าคงสากลเรียกว่าค่าคงของของพลังค์ พลังงานของแต่ละโฟตอนจะ inversely สัดส่วนกับความยาวคลื่นของคลื่น EM ที่เกี่ยวข้อง ที่สั้นกว่าความยาวคลื่น มีพลังมากขึ้นคือ โฟตอน อีกต่อไปความยาวคลื่น มีพลังน้อยคือ โฟตอนได้
แสงไมโครเวฟและแสงเลเซอร์สามารถดำเนินการจำนวนพลังงานเดียวกันได้ ในกรณีนี้ แสงเลเซอร์ประกอบด้วยขนาดเล็กจำนวน photons แต่แต่ละโฟตอนในแสงเลเซอร์มีพลังงานสูงกว่า photons ในไมโครเวฟแสง
Photons สามารถสร้าง และทำลายได้ เมื่อแหล่ง emits คลื่น EM, photons จะสร้างขึ้น เมื่อ photons พบเรื่อง พวกเขาอาจถูกดูดซึม และโอนย้ายพลังงานของอะตอมและโมเลกุล สร้างและทำลายของ photons ต้องประหยัดพลังงานและโมเมนตัม ขนาดของโมเมนตัมของโฟตอนมี p = hf/c = h / λ.
ปัญหา:

พลังงานของโฟตอนของแสงสีน้ำเงินคืออะไร (λ = 450 nm) และโฟตอนของแสงสีแดง (λ = 700 nm) ในหน่วย eV = 1.6 * 10-19 J ?
โซลูชัน:
E = hc / λ.
ฟ้าแสง: E = (6.626 * 10-34 Js) (3 * 108 m/s) / (450 * 10-9 m) = 4.4 * 10-19 J = 2.76 eV
แสงสีแดง: E = (6.626 * 10-34 Js) (3 * 108 m/s) / (700 * 10-9 m) = 2.8 * 10-19 J = 1.8 eV

ปัญหา:

เป็น 100 W หลอดใช้ 100 W (100 W = 100 J/s) ของไฟฟ้าแต่แผ่กระจายออกประมาณ 15 W ของแสงที่มองเห็นจริง Photons เห็นประมาณเท่าใดต่อวินาทีตีหน้าเปิดหนังสือเล่มปกติถ้าหน้าประมาณ 2 เมตรจากหลอดไฟ และหน้ามันได้โดยตรง?
โซลูชัน:
เราจะต้องทำการประเมินและเพียงการประมาณเพื่อแก้ปัญหานี้
หาจำนวน photons ตีหน้าแต่ละ ครั้ง เราได้รู้ว่าพลังงานไฟตีหน้าต่อวินาทีและพลังงานต่อโฟตอน เราสามารถคำนวณหลัง หากเรารู้ว่าความยาวคลื่นของแสง แสงที่มองเห็นออกมาจากหลอดไฟยองปกติจะผสมความยาวคลื่น
เราประเมินว่าความยาวคลื่นเฉลี่ยของแสงที่มองเห็นประมาณ 550 nm ซึ่งเป็นแคว้นที่สีเหลือง หมายความ ว่า พลังงานเฉลี่ยต่อโฟตอนกำลัง
E = hc/λ = (6.626 * 10-34 Js) (3 * 108 m/s) / (550 * 10-9 m) = 3.61 * 10-19 J = 2.26 eV

หาจำนวน photons ตีหน้าหนังสือ เราต้องการทราบพลังงานต่อวินาทีที่อยู่บนหน้า เราคิดว่า พลังงานแสงจากหลอดไฟเดินทางสม่ำเสมอเมื่อเทียบเคียงในทุกทิศทาง จินตนาการทรงกลมศูนย์กลางในหลอดไฟมีรัศมี R = 2 เมตร ทุกวินาที 15 J หรือของพลังงานแสงที่มองเห็นข้ามทรงกลมนี้ พลังงานแสงจะกระจายสม่ำเสมอเมื่อเทียบเคียงมากกว่าทรงกลม ถ้าความเข้มของแสงที่มองเห็นหรือพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาในหน่วย W/m2 ที่จุดใด ๆ บนพื้นผิวด้านในของทรงกลมจะ

ฉัน = Plamp/(4πR2),

โดยที่ Plamp คือ พลังงานของแสงที่มองเห็นออกมาจากหลอดไฟ (~ 15 W) และ 4πR2 เป็นพื้นที่ของพื้นผิวด้านในของทรงกลม

ฉัน = (15/(16π))(W/m2)

หน้าสมุดหลักอยู่บนพื้นผิวด้านในของทรงกลมจำนวนจินตภาพนี้ พวกเขามีพื้นที่อ. พลังงานต่อหน่วยเวลาที่อยู่ในพื้นที่นี้เป็น

Pbook = IA.
(พลังงานต่อหน่วยเวลาที่ตกบนพื้นที่ A =พลังงานต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่เวลาตั้งอ.)

ถ่ายหนังสือเล่มโดยทั่วไป และวัด ด้วยไม้บรรทัด เราค้นหาที่สองหันหน้าแบบสี่เหลี่ยมประมาณ 18 ซม.จริง และ 24 ซม.กว้าง ดังนั้น =การ (0.18 m)(0.24 m) = 0.058 m2 ดังนั้น

Pbook = (15/(16π)) * 0.058 W = 0.017 J/s ได้

ในที่สุด ค้นหาหมายเลขของ photons ต่อตกที่สองบนเพจเหล่านี้ เราต้องหาร Pbook ด้วยพลังงานต่อโฟตอน

จำนวน photons เห็นจากหลอดตีจองต่อวินาที

= (0.017 J/s) / (3.61 * 10-19 J) = 4.7*1016/s.

This ไม่ใช่หมายเลขที่ถูกต้อง แต่ประโยชน์ ประเมินขนาดของใบสั่ง

พ.ศ. 2448 สมัย ไอน์สใช้ธรรมชาติของแสงแยกกันอธิบายการอิเล็ก แสดงให้เห็นถึงลักษณะพิเศษนี้ แสงเป็น shone บนพื้นผิวโลหะ ถ้าความถี่ของแสงสูงกว่า fc ความถี่ตัดยอด อิเล็กตรอนมีการเปิดตัว อิเล็กตรอนไม่ photoelectric ออกมาถ้าความถี่ของแสงอยู่ด้านล่างนี้ fc ความถี่ตัดยอด สำหรับพื้นผิวโลหะหลาย ความถี่ของแสงสีน้ำเงินเป็นมากกว่าสโมสรฟุตบอล และความถี่ของแสงสีแดงจะน้อยกว่า fc ถ้าไฟสีแดงเป็น shone บนพื้นผิว อิเล็กตรอนไม่มีหลุดออกมา ไม่ว่าความรุนแรงใดของแสง ถ้าแสงสีน้ำเงินเป็น shone บนพื้นผิว อิเล็กตรอนปล่อยออกมา จำนวนอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง แต่แม้ว่าความรุนแรงจะลดลงเป็นค่าต่ำมาก อิเล็กตรอนจะยังคงออกมา แม้ว่าในต่ำมากอัตราการ

อิเล็กทริกไม่สามารถเข้าใจในภาพคลื่นแสงได้ เอาอิเล็กตรอนจากโลหะ ผิวจำนวนพลังงานΦ เรียกว่าฟังก์ชันงานของโลหะ ต้องสามารถให้อิเล็กตรอนนี้ ในรูปคลื่นพลังงานของแสงไฟขึ้นอยู่ กับความถี่ แต่ ในความเข้ม ซึ่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของคลื่น ไอน์สอธิบายการอิเล็กทริก โดย postulating ว่า อิเล็กตรอนที่สามารถเฉพาะได้รับจำนวนมากของพลังงานที่ต้องหนีโลหะจากคลื่น EM โดยดูดโฟตอนเดี่ยว ถ้าโฟตอนนี้มีพลังงานที่เพียงพอ อิเล็กตรอนจะรอด พลังงานส่วนเกินเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนแล้ว พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนถูกกำหนด โดย E = hf - Φ ถ้าโฟตอนมีพลังงานเพียงพอ แล้วอิเล็กตรอนจะไม่หนี metal.

ลิงค์:

อิเล็ก
ปัญหา:

โมลิบดีนัมมีฟังก์ชันการทำงานของ 4.2 eV ค้นหาความถี่ที่ตัดยอดและความยาวคลื่นตัดยอดสำหรับอิเล็ก
โซลูชัน:
hfc =Φ,
fc = Φ/h = (4.2 eV) (1.6 * 10-19 J/eV) / (6.626 * 10-34 Js) = 1.01 * 1015 Hz เป็นความถี่ตัดยอด
Λc = c/fc = 296 nm ได้ใบตัดยอดความยาวคลื่น
อิเล็กตรอนที่ออกจากพื้นผิวโลหะที่ มีความเร็วในการได้ 4.6 * 105 m/s เมื่อแสง มีความยาวคลื่นของ 625 nm เป็น used.
(a) ฟังก์ชันการทำงานของ surface?
(b) ความถี่ตัดยอดของ surface?

Solution:
(a) Φคืออะไร = hf - E. E = mv2 (1/2) = (1/2) (9.1 * 10-31 กิโลกรัม) (4.6 * 105 m/s) 2 = 9.63 * J 10-20
hf = hc/λ = (6626 * 10-34Js) (3 * 108 m/s) / (625 * 10-9 m) = 3.18 * 10-19 J
Φ = (3.18 * 10-19 J) - (3.18 * 10-19 J) = 2.21 * 10-19 J เป็น workfunction ของ surface.
(b) fc = Φ/h = (2.21 * 10-19 J) / (6.626 * 10-34 Js) = 3.35 * 1014 Hz ได้ใบตัดยอดความถี่
แสงความยาวคลื่น 500 nm เป็นเหตุการณ์ในโซเดียมด้วยฟังก์ชันการทำงานของ 2.28 eV พลังงานจลน์สูงสุดของ ejected photoelectron คืออะไร?
โซลูชัน:
E = hf - Φ = hc/λ - Φ.
hf = hc/λ = (6.626 * 10-34 Js) (3 * 108 m/s) / (500 * 10-9 m) = (3.98 * 10-19 J) (1 eV)/(1.6*10-19J) = 2.48 eV.
E = 0.2 eV.
ลิงค์:

แอปเพล็ตอิเล็ก
scattering ผลคอมป์ตันหรือคอมป์ตัน (พบใน 1923 โนเบลสาขาฟิสิกส์ใน 1927) ได้ทดลองสถานอื่นที่สนับสนุนการดำรงอยู่ของ photons สังเกตผลคอมป์ตัน มีกระจายรังสีเอกซ์จากอิเล็กตรอน (เกือบ) ฟรี เข้าใจคอมป์ตัน scattering ที่เราต้องคิดว่า photons เป็นอนุภาค

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ชอบเอ็มคลื่นแสง , การขนส่งพลังงานในพื้นที่ ความเข้ม ( พลังงานต่อหน่วยพื้นที่ และหน่วยเวลา ) เป็นสัดส่วนกับตารางของค่าของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง พลังงานนี้ อย่างไรก็ตาม มาถึงที่สัญญาณไม่ต่อเนื่องแต่ไม่ต่อเนื่องหน่วยที่เรียกว่าโฟตอน . พลังงานขนส่งโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ต่อเนื่อง กระจายหน้าคลื่นมันส่งในแพคเกจที่ไม่ต่อเนื่อง โฟตอนเป็นอนุภาคของแสง

คุณสมบัติของโฟตอน :

โฟตอนเสมอไปกับความเร็วของแสง โฟตอนจะเป็นกลางไฟฟ้า
.
โฟตอนไม่มีมวล แต่พวกเขาจะมีพลังงาน E = HF = HC / λ . ที่นี่ H = 6.626 * 10-34 JS เป็นสากลคงที่เรียกว่าค่าคงที่ของพลังค์ .พลังงานของแต่ละโฟตอนแปรผกผันกับความยาวคลื่นของคลื่นที่พวกเขา . สั้นกว่าความยาวคลื่นยิ่งคึกคักเป็นโฟตอน อีกต่อไปความยาวคลื่นยิ่งคึกคักเป็นโฟตอน .
แสงเลเซอร์และคานไมโครเวฟสามารถดําเนินการจำนวนเดียวกันของพลังงาน ในกรณีนี้แสงเลเซอร์มีจำนวนเล็ก ๆของ photonsแต่แต่ละโฟตอนในลำแสงเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงกว่าโฟตอนในไมโครเวฟ บีม
โฟตอนที่สามารถสร้างและทำลาย เมื่อแหล่งปล่อยเอ็มคลื่นโฟตอนก็จะถูกสร้างขึ้นมา เมื่อโฟตอนมาเจอเรื่องที่พวกเขาอาจจะถูกดูดซึมและการถ่ายโอนพลังงานของอะตอมและโมเลกุล การสร้างและการทำลายของโฟตอนต้องอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมขนาดของโมเมนตัมของโฟตอนคือ P = HF / C = H / λ .

ปัญหา : อะไรคือพลังงานของโฟตอนของแสงสีฟ้า ( λ = 450 nm ) และของโฟตอนจากแสงแดง ( λ = 700 nm ) ในหน่วยของ EV = 1.6 * 10-19 J ? แก้ไข :
e
= HC / λ .
ฟ้า : E = ( 6.626 * 10-34 JS ) ( 3 * 108 เมตร / วินาที ) / ( 450 * 10-9 m ) = 4.4 * 10-19 J = 2.76 EV
ไฟแดง : E = ( 6.626 * 10-34 JS ) ( 3 * 108 เมตรต่อวินาที ) / ( 700 * 10-9 m ) = 2.8 * 10-19 J = 1.8 eV



ปัญหา :เป็น 100-w หลอดไฟใช้ 100 วัตต์ ( 100 วัตต์ = 100 J / S ) ของพลังงานไฟฟ้าแต่เพียงแผ่กระจายประมาณ 15 W ของแสงที่มองเห็นจริง ประมาณกี่มองเห็นโฟตอนต่อวินาทีกดเปิดหน้าของหนังสือปกปกติ ถ้าหน้ามีประมาณ 2 เมตร จากหลอดไฟ และเผชิญหน้ากับมันตรงๆ แก้ไข :

เราต้องให้ความหลากหลายของภาคและใกล้เคียง เพื่อแก้ปัญหานี้
เพื่อหาจำนวนของโฟตอนตีแต่ละหน้าสอง เราต้องทราบว่าพลังงานแสงกระทบหน้าต่อวินาทีและพลังงานต่อโฟตอน . เราสามารถคำนวณหลัง ถ้าเรารู้ความยาวคลื่นของแสง แต่แสงที่ออกมาจากหลอดไส้ธรรมดา เป็นส่วนผสมของความยาวคลื่นที่ .
เราประมาณการว่า ความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็น คือ เฉลี่ยประมาณ 550 นาโนเมตรซึ่งอยู่ในเขตสีเหลืองของสเปกตรัม ซึ่งหมายความว่าพลังงานต่อโฟตอนเฉลี่ยประมาณ
E = HC / λ = ( 6.626 * 10-34 JS ) ( 3 * 108 เมตร / วินาที ) / ( 550 * 10-9 m ) = 3.61 * 10-19 J = 2.26 EV

เพื่อหาจำนวนของโฟตอนชนหน้าของหนังสือที่เราต้องการ รู้เรื่องพลังงาน ต่อ วินาที ที่ตกอยู่บนหน้าเว็บ ให้เราสมมติว่า พลังงานแสงจากหลอดไฟเดินทางอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทางจินตนาการถึงทรงกลมเป็นศูนย์กลางในหลอดไฟด้วยรัศมี R = 2 เมตร ทุก ๆวินาที , 15 เจ หรือเพื่อให้มองเห็นได้พลังงานแสงข้ามวงนี้ ถ้าพลังงานแสงกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ แล้ว ความเข้มของแสงหรือพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลาในหน่วยของ W / m2 ที่จุดใดบนผิวด้านในของทรงกลมจะ

ผม = plamp / ( 4 π R2

)ที่ plamp คือพลังของแสงที่ออกมาจากโคมไฟ ( ~ 15 W ) และ 4 π R2 คือ พื้นที่ของพื้นผิวด้านในของทรงกลม .

ฉัน = ( 15 / 16 π ) ( w / m2 )

หนังสือหน้าเว็บหลักวางอยู่บนพื้นผิวด้านในของทรงกลมจินตภาพ นี้ พวกเขามีพื้นที่ ก. พลังงานต่อหน่วยเวลาที่ตกบนพื้นที่นี้อยู่


pbook = iA .( พลังงานต่อหนึ่งหน่วยเวลาตกบนพื้นที่ = พลังงานต่อหนึ่งหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ครั้ง พื้นที่ A )

ถ่ายเล่มปกแข็งทั่วไปและการวัดด้วยไม้บรรทัด เราพบว่า ทั้งสองหันหน้ารูปแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้าประมาณ 18 ซม. สูง 24 ซม. กว้างดังนั้น = ( 0.18 เมตร ) ( 0.24 เมตร ) = 0.058 M2 แล้ว

pbook = ( 15 / 16 π 0.058 W = 0.017 ) * J / S .

สุดท้าย เพื่อหาจำนวนโฟตอนต่อวินาทีตกบนหน้าเว็บเหล่านี้เราต้องแบ่ง pbook โดยพลังงานต่อโฟตอน

จำนวนมองเห็นโฟตอนจากหลอดไฟตีหนังสือต่อวินาที

( J / S = 0.017 ) / ( 3.61 * 10-19 J ) = 4.7 * 1184 / s .

นี้ไม่ได้เป็นจำนวนที่แน่นอน แต่เป็นคำสั่งของขนาดประมาณ

ในปี 1905 ไอน์สไตน์ใช้ธรรมชาติแบบไม่ต่อเนื่องของแสงเพื่ออธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก . แสดงผลแสงที่ส่องแสงบนพื้นผิวโลหะถ้าความถี่ของแสงที่สูงกว่าการตัดความถี่ เอฟซีแล้ว อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมา ไม่มีอิเล็กตรอนตาแมวออกมาถ้าความถี่ของแสงต่ำกว่านี้ตัดความถี่ FC หลายพื้นผิวโลหะความถี่ของฟ้ามากกว่า ชลบุรี เอฟซี และความถี่ของแสง สีแดงน้อยกว่า FC ถ้าไฟสีแดงส่องแสงบนพื้นผิวที่ไม่มีอิเล็กตรอนออกมาไม่ว่าอย่างไร ความเข้มของแสง ถ้าฟ้าจะส่องแสงบนพื้นผิว อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมา . จำนวนที่ปล่อยอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง แต่ถ้าความเข้มลดลงมาต่ำมาก อิเล็กตรอนยังออกมา แม้ว่าในอัตราที่ต่ำมาก

ผลตาแมว ไม่สามารถเข้าใจในรูปของคลื่นแสงที่จะเอาอิเล็กตรอนจากผิวโลหะจํานวนหนึ่งของΦพลังงาน เรียกว่าทำงานการทำงานของโลหะ จะต้องจ่ายให้กับอิเล็กตรอนนี้ ในรูปของคลื่นพลังงานของลำแสงนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความถี่ แต่ในความรุนแรงซึ่งเป็นสัดส่วนกับตารางของค่า .ไอน์สไตน์อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก โดย postulating ที่อิเล็กตรอนจะได้รับยอดเงินขนาดใหญ่ของพลังงานที่จำเป็นหนีโลหะจากเอ็มคลื่นโดยการดูดซับโฟตอนเดี่ยว ถ้าแสงนี้ได้พลังงานเพียงพอ อิเล็กตรอนจะปลดปล่อย พลังงานส่วนเกินจะปรากฏเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนจะได้รับโดย E = HF - Φ .ถ้าโฟตอนไม่มีพลังงานเพียงพอ , จากนั้นอิเล็กตรอนไม่สามารถหนีโลหะ

ลิงค์ :

ปัญหาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
:

โมลิบดีนัมมีงานหน้าที่ของ 4.2 EV ค้นหาตัดความถี่และความยาวคลื่น cutoff สำหรับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก .
โซลูชั่น :
=
= Φ HFC , เอฟซี Φ / H = ( 4.2 EV ) ( 1.6 * 10-19 J / EV ) / ( 6.626 * 10-34 JS ) = 1.01 * พี่มีเฮิรตซ์ความถี่การ Cutoff
λ C = C / FC = 248 nm เป็นทางลัดความยาวคลื่น
อิเล็กตรอนจะพุ่งออกมาจากพื้นผิวโลหะที่มีความเร็วถึง 4.6 * 105 เมตร / วินาที เมื่อแสงที่มีความยาวคลื่น 532 nm ใช้ .
( ) คืองานฟังก์ชันของพื้นผิว ?
( B ) แล้วตัดความถี่ของพื้นผิว ? แก้ไข :

( ) Φ = HF - E . E = ( 1 / 2 ) mv2 = ( 1 / 2 ) ( 9.1 * 10-31 กก. ) ( 4.6 * 105 m / s ) 2 = 9.63 * 10-20 J
HF = HC / λ = ( 6626 * 10-34js ) ( 3 * 108 เมตร / วินาที ) / ( 625 * 10-9 m ) = 3.18 * 10-19 J
Φ = ( 3.18 * 10-19 J ) ( 3.18 * 10-19 J ) = 2.21 * 10-19 J เป็น workfunction ของพื้นผิว .
( B ) @ / H = = Φ ( 2.21 * 10-19 J ) / ( 6.626 * 10-34 JS ) = 3.35 * 1014 เฮิรตซ์ความถี่ตัดแสงความยาวคลื่น 500 นาโนเมตร .
เหตุการณ์เกี่ยวกับโซเดียมกับงานหน้าที่ของ 2.28 EV อะไรคือพลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนออกมา ? โซลูชั่น

:E = HF - Φ = HC / λ - Φ .
HF = HC / λ = ( 6.626 * 10-34 JS ) ( 3 * 108 เมตร / วินาที ) / ( 500 * 10-9 m ) = ( 3.98 * 10-19 J ) ( 1 eV ) / ( 1.6 * 10-19j ) = 2.48
E = EV 0.2 EV . ลิงค์ :



มหานวดาราแอปเพล็ผลหรือการกระเจิงคอมป์ตัน ( Compton ค้นพบในปี 1923 ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1927 ) เป็นอีกหนึ่งที่มีชื่อเสียงการทดลองสนับสนุนการดำรงอยู่ของโฟตอน . สังเกต คอมพ์ตัน ผลรังสีเอกซ์กระจัดกระจายจาก ( เกือบ ) อิเล็กตรอนอิสระ เพื่อให้เข้าใจการกระเจิงคอมป์ตันเราจะต้องคิดว่าของโฟตอนเป็นอนุภาค