AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

Повторяющиеся одинаково расположенные провалы тока могут представлять повторные потери той же самой энергии возбуждения, а не последовательность различных атомных уровней.

Предварительные требования: 7.

• Различать пороги фотоэффекта и характеристические рентгеновские лучи
• Примените масштабирование спектральных линий через приведенную массу и заполнение спинов многоэлектронной системы
• Интерпретируйте шаг энергии в опыте Франка–Герца без введения новых уровней

Максимальная кинетическая энергия фотоэффекта определяется как Kmax=hν−ϕ для частоты излучения выше пороговой ν0=ϕ/h. Величина задерживающего потенциала Vs удовлетворяет условию eVs=Kmax, поэтому Vs линейно зависит от ν выше порога. Увеличение интенсивности при фиксированной частоте повышает количество доступных фотонов и обычно фототока, но не максимальной энергии вылетающих электронов. Ниже пороговой частоты простая однофотонная модель не приводит к эмиссии фотоэлектронов независимо от интенсивности. Работа выхода является свойством поверхности и не пропорциональна частоте освещения.

Характеристические рентгеновские лучи возникают при заполнении электронами вакансий во внутренних оболочках с испусканием фотона, равного разнице энергий оболочек. Их узкие линии зависят от атомов мишени. Тормозное излучение возникает при замедлении быстрых электронов в электрическом поле ядер и создает непрерывный фон; его энергетический предел определяется энергией падающих электронов. Непрерывный фон и дискретные линии могут присутствовать одновременно; наличие одного типа излучения не исключает другого. Эти механизмы отличаются от видимой флуоресценции, рассеяния фононов и захвата частиц.

Для водородоподобного двухчастичного атома замените массу электрона на приведенную массу μ=m_eM/(m_e+M). В простой кулоновской модели энергии уровней масштабируются как −μZ²/n², поэтому спектральные частоты масштабируются как μZ², а длины волн — обратно пропорционально. Для позитрония M=m_e, μ=m_e/2, и его постоянная Ридберга составляет половину значения для бесконечно тяжелой ядерной массы. Для тяжелого ядра μ приближается к m_e. В многоэлектронных атомах используйте заполнение орбиталей и правило Хунда вместо модели водорода: вырожденные орбитали занимаются по одному электрону с параллельными спинами перед спариванием. Конфигурация углерода 2p² имеет два неспаренных электрона и полный спин S=1; конфигурация кислорода 2p⁴ также имеет два неспаренных электрона и S=1. Заполненные пары дают нулевой суммарный спин.

В опытах Франка–Герца ускоренные электроны теряют энергию за счет неупругого возбуждения, достигая пороговой энергии атома. Повторяющиеся минимумы тока или расстояние между пиками в ускоряющем напряжении могут указывать на одну и ту же энергию возбуждения, потерянную один, два или более раз. Расстояние ΔV соответствует энергии eΔV; пики при 4,8,12 В не обязательно представляют три отдельных уровня возбуждения. Контактные потенциалы и тормозящие поля могут смещать абсолютные положения пиков, поэтому используйте расстояние и указанные условия установки. Если возбужденный атом возвращается в основное состояние излучением одного фотона этой энергии, длина волны равна hc/(eΔV).

В эффекте одной фотонной эмиссии используйте работу выхода поверхности phi.

При энергии фотона 4.5 эВ и работе выхода phi = 2.0 эВ, Величина задерживающего потенциала составляет 2.5 В. Более высокая интенсивность при той же частоте изменяет скорость потока электронов, но не эту максимальную энергию.

*Нет эмиссии ниже 2 эВ; приведенная масса позитрония уменьшает спектральный масштаб вдвое

Ток насыщения и задерживающее напряжение отвечают на разные вопросы. Учитывайте приведенную массу и вырождение орбиталей, используйте интервалы Франка–Герца, а не рассматривайте каждый пик как новый уровень энергии.

работа выхода: Минимальная энергия, необходимая для удаления электрона с указанной поверхности.

приведенная масса: эффективная масса двухчастичной системы m1m2/(m1+m2) для относительного движения.