KVANTOPTIKA (1)

Kvantoptika
KVANTOPTIKA NÄHTUSED
Kvantoptika nähtused – valguse levimisega ja valguse ning aine või elementaarosakeste vastastikmõjuga seotud nähtused, mida ei ole võimalik mõista valguse lainelise olemuse alusel, mis on aga võimalik valguse korpuskulaarse olemuse (osakeselisuse) alusel.
Fotoefekt – elektronide väljalöömine metallist valguse toimel.
Fotokeemilised reaktsioonid – keemilised reaktsioonid, millede kulgemise kutsub esile valguse toime reageerivatele ainetele .
Valguse rõhk – valguse mehaaniline mõju pinnale, millele ta langeb.
Comptoni efekt – valguse levimissuuna ja lainepikkuse muutumine põrkumisel elektronidega või teiste elementaarosakestega.

Fotoefekt

Nähtust saab jälgida valgustatava katoodiga vaakumdioodi (fotodioodi) ühendamisel alalisvooluahelasse ahelas kulgeva voolu kaudu.
Fotodiood:
anood valgus
katood
Vooluahel:
valgus
If G (I,)
U
+ -
Lähteseisukohad:

Metallist elektronide väljalöömiseks on vaja energiat, mida saab valgusega kantava energia arvel. Seda igale metallile omast energiat nimetatakse väljumistööks A.

Metallkatoodist väljalöödud elektronid, sattudes anoodi ja katoodi vahelisse elektrivälja, pannakse väljajõudude mõjul liikuma, mis ongi vooluahelas elektrivoolu tekkimise põhjuseks (tekib fotovool ).
Seaduspärasused:

Vool ahelas ei teki igasuguse lainepikkusega  valgusega valgustamisel sõltumata valguse intensiivsusest I. Igale metallile on omane kindel maksimaalne lainepikkus p, mille puhul veel tekib fotovool, mida nimetatakse fotoefekti “punapiiriks”.

Fotovoolu tugevus If sõltub rakendatud pingest U ja valguse intensiivsusest I.

Fotovoolu tugevuse If sõltuvus pingest kaob alates teatud pingest, tekib fotovoolu küllastus.

Nõrk fotovool on olemas ka pinge puudumisel, mis kaob teatud vastupinge juures.
If
I3
I2
I1
U
0
Einsteini valem fotoefekti kohta:
,
kus
on valguskvandi energia, h – Plancki konstant, f – valgusvõnkumiste sagedus, A – väljumistöö,
- metallist väljalöödud elektroni kineetiline energia.
Fotoefekti „ punapiir ”:
,
kus fp on „punapiirile” vastav valgusvõnkumiste sagedus, väljalöödud elektronil kineetiline energia puudub (), kogu footoni energia kulub elektroni väljalöömiseks metallist.
Miks ei ole fotoefektil esinevaid seaduspärasusi (eelkõige „punapiiri” olemasolu) võimalik mõista valguse lainelise olemuse alusel?
Valguse kui lainetuse intensiivsus ja seega valgusega kantav energia sõltub valgusvõnkumise amplituudist. Suurendades valguse intensiivsust suureneb energia ja mingist intensiivsusest alates peaks tekkima fotoefekt, mille tekkimine ei peaks sõltuma valguse sagedusest (valguse värvist).
Heiti Aarna
2008