Фотоэффект в Статистической оптике

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОТОЭФФЕКТА В КЛАССИЧЕСКОЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ

Полный текст - http://osh9.narod.ru/opt/fo/fo.htm

При попытках объяснить фотоэффект, как правило, в ВУЗовских учебниках допускаются довольно грубые ошибки. Так, например, утверждается, что, якобы, согласно Классической физике при увеличении интенсивности падающего на фотокатод света должна увеличиваться энергия вылетающих фотоэлектронов, чего на самом деле не происходит. Увеличивается лишь общее количество вылетающих фотоэлектронов, а распределение электронов по скоростям и энергиям остается прежним и не зависит от величины потока падающего на фотокатод света. И, как результат подобных заблуждений, начинается выдумывание разных "квантовых диковинок" типа фотонов как некоторых сгустков энергии, которые, якобы, и бьют метко по электронам, выбивая их наружу. При первом же детальном анализе явления фотоэффекта подобные "истолкования" не выдерживают элементарной критики.

Сразу же следует сказать, что изобретатели "новых теорий", просто-напросто, не учитывают статистический характер света.

Статистический характер световых полей обусловлен тем, что источники света обычно состоят из огромного числа хаотически расположенных в пространстве и не связанных между собой элементарных излучателей (атомы, молекулы), испускание света которыми имеет вероятностный характер [1]. Поэтому рассмотрение данной задачи следует вести исключительно в рамках статистической физики и статистической оптики с использованием функций распределения электронов по скоростям или по энергиям.

Рассмотрение этого сложного вопроса начнем с анализа энергетического распределения (функции распределения) фотоэлектронов, возникающих при облучении фотокатода светом определенного спектрального состава.

О МЕХАНИЗМАХ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ФОТОЭФФЕКТ

Полный текст - http://osh9.narod.ru/opt/fom/fom.htm
Для лучшего понимания механизма, управляющего фотоэффектом, т.е. пути, по которому энергия электромагнитного излучения передается вначале атомам вещества, а затем отдельным электронам, полезно обратиться к классической электронной теории дисперсии света. Данная теория, являющаяся естественным продолжением и успешным развитием электромагнитной теории Максвелла, была разработана в начале ХХ века Г.А. Лоренцем и к настоящему времени, испытав многократную проверку, получила достаточно полное подтверждение.

Полезно отметить тот факт, что подавляющее большинство эффектов, связанных с взаимодействием излучения с веществом, могут быть объяснены не только качественно, но и прекрасно описаны данной теорией количественно. В качестве примера на рис. П.3.4 приведены наиболее характерные зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения от частоты вблизи резонансной частоты w0, которые сравнительно легко и естественно получаются из классической электронной теории.



Рис. П.3.4. Типичный вид кривых для показателя преломления n и коэффициента поглощения k согласно электронной теории дисперсии света.


Даже беглое знакомство с оптическими эффектами в веществе, достаточно хорошо объясненными классической электромагнитной теорией, заняло бы значительное время, поэтому для получения общего представления просто перечислим лишь некоторые из них.

К этим эффектам можно отнести следующие: френелевское отражение света от поверхности тел с эффектами поляризации волн при различных углах падения; наличие угла Брюстера, при котором возможно достичь коэффициента отражения, равного нулю; поперечность электромагнитных волн; преломление света – закон Малюса и явление дихроизма в анизотропных кристаллах; дисперсия комплексного показателя преломления и коэффициента отражения и их зависимость от угла падения света; наличие полного внутреннего отражения при выходе света из оптически более плотной среды в менее плотную; связь показателя преломления с диэлектрической проницаемостью вещества; вынужденная анизотропия в оптических средах – явление Керра и Поккельса; плеохроизм – зависимость поляризации света в кристаллах от частоты; поляризация света на упорядоченных длинных молекулах, поглощающих свет; сдвиг фазы волны при отражении от поверхности вещества и связанная с этим эллипсометрия; эффект Фарадея, т.е. вращение вектора поляризации света в оптически активных средах; эффект Коттон – Мутона в перпендикулярном магнитном поле; зеркальное отражение от металлов и других сред, обладающих высоким коэффициентом поглощения света; селективное отражение вблизи частот поглощения примесными центрами или остаточные лучи; наличие граничной плазменной частоты – красной границы поглощения света и фотоэффекта, ниже которой свет только отражается, а выше этой границы излучение проникает внутрь вещества, интенсивно поглощается, вызывая тем самым фотоэффект; резонансное поглощение света примесными центрами с узкими линиями поглощения и дисперсии волн, также обуславливающее фотоэффект; явления дифракции и интерференции волн; конечная длина когерентности обычного света и образование стоячих волн при отражении от зеркала; дифракция рентгеновских лучей в кристаллических решетках, закон Вульфа – Брэгга и эффект Лауэ; рэлеевское рассеяние света молекулами и на неоднородностях среды; рассеяние Рамана с изменением частоты света, колебательный и вращательный эффект Рамана; взаимодействие света с молекулами – закон Лорентц – Лоренца и явление Тиндаля; нелинейная оптика и эффект удвоения частоты в нелинейных средах; эффект Ми при рассеянии света на шариках; давление света и перенос энергии лучом; законы Кирхгофа для излучения и поглощения света нагретыми телами; закон Стефана – Больцмана для интегрального излучения абсолютно черного тела; закон Вина для спектральной плотности излучения абсолютно черного тела; голография и вся геометрическая оптика; дипольное излучение поперечных волн заряженными частицами; радиационная ширина линий излучения, допплеровское уширение линий и влияние столкновений между атомами и молекулами в газах; простой эффект Зеемана и т.д.

Здесь начинаются Основы Фундаментальной Физики.