049

A HibUl. IM1U.1 .Vv»i    r„, r ), buui :uO

ISBN D4H1II ł-7. © l>. »N TOS »*}

3 I DWOISTA NATURA ŚWIATŁA I EUKTRONÓW    49

daniach doświadczalnych można ustalić prędkość elektronów opuszczających metal oraz ich liczbę Stwierdzono. /x elekt fotocleklryczny w ogóle się nie pojawia, jeżeli częstość drgań padającego światła jest niższa od pewnej wartości v₀ charakterystycznej dla danego metalu W przypadku częstości wyzs/cj od i\i częstość drgań użytego promieniowania decyduje o prędkości emitowanych elektronów, v, a tym samym o ich energii kinetycznej. Liczba tych elektronów wzrasta natomiast wprost proporcjonalnie do natężenia światła.

Opisanych lulaj zjawisk nic udaje się wyjaśnić na gruncie falowej teorii światłu. Trudne jest zwłaszcza wytłumaczenie zależności emisji fotoclcktronów od częstości drgań użytego światła. Trudności ic znikają całkowicie, jak to wykazał w 1905 r. Albert F.instein, jeżeli światło potraktujemy jako strumień kwantów energii świetlnej, fotonów, o energii e — hv oraz jeżeli przyjmiemy, że do wyrwania elektronu z powierzchni metalu konieczne jest dostarczenie pewnej energii zwanej pracą wyjścia Elektron oczywiście nic może zostać wyrwany, jeżeli energia padającego kwantu jest mniejsza od pracy wyjścia W Najmniejszy kwant, jaki wystarcza do wyrwania elektronu, musi być równy pracy wyjścia:

Co = W    (3.3)

Odpowiadająca mu częstość: i* = W/h, określa częstość drgań świetlnych, poniżej której nic następuje efekt fotoclektryczny. Jeżeli padający kwant f ma energię większą od pracy wyjścia, to nadmiar energii zostaje przekazany uwolnionemu elektronowi w postaci energii kinetycznej    (rn_c — masa elektronu, r —jego prędkość). Możemy wówczas

napisać:

e = hv = W + 1/n.u²    (3.4)

Charakter korpuskularny promieniowania przejawia się jeszcze wyraźniej w zjawisku zwanym efektem (Arthura H.) Comptona. Nie wchodząc w szczegóły eksperymentalne, zjawisko to można rozpatrywać jako zderzenie fotonu ze swobodnym elektronem. W zderzeniu elektron zyskuje energię kinetyczną *m_cir. równocześnie pojawia się nowy foton

0    energii — his. mniejszej niż energia s, — Iw, fotonu padającego. Z obserwacji wynika, zc zderzenie przebiega zgodnie z prawem zachowania energii, tzn. suma energii fotonu wtórnego, oraz energii kinetycznej elektronu. iw_cu³, równa się energii fotonu padającego:

£i =    + im_tv = h\b + \m_tv‘    (3.5)

Foton padający oddaje zatem w zderzeniu część swojej energii elektronowi i przemienia się w foton wtórny o odpowiednio mniejszej energii.

Dalsza analiza wyników doświadczalnych pozwala wnioskować, że kąt. p*>d jakim rozbiegają się foton wtórny i elektron, zależy od różnicy energii fotonu picrwx»lncgo

1    fotonu wtórnego Inaczej mówiąc, kąt zależy od sposobu, w jaki energia fotonu piet wolnego zostaje podzielona pomiędzy energię fotonu wtórnego i energię elektronu.

Związek ten można wyjaśnić, jeżeli się przyjmie, zc fotonom można przypisać określony pęd i określoną masę. Okazuje się wówczas, że zderzenie fotonu z elektronem podlega nic tylko prawu zachowania energii, ale również prawu zachowania pędu. rządzącemu w mechanice klasycznej zderzeniami ciał materialnych.