Что такое фотоэффект?

[Фёдор Менде]

Вот законы фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν0, то фотоэффект уже не происходит.

Первый закон совершенно естественное явления и обсуждению не подлежит.

Второй закон объясняется резонансными свойствами атомов и молекул, в образовании которых участвуют электроны. Таких резонансов бесчисленное множество.  Чем выше частота резонанса, тем сильнее электрон связан с атомом и тем большую энергию нужно затратить, чтобы его вырвать из атома. Поэтому частота, возбуждающая резонанс, и энергия вырванных из атома электронов в результате такой резонансной раскачки, связаны. Линейная связь наблюдается по той причине, что во всех нелинейных параметрических системах, которым и является атом, энергия и частота связаны при различных преобразованиях линейно.

Красная граница тоже явление совершенно естественное. Это нижняя граница возможных резонансных частот в атоме.

[tory]

Ученые крупнейшего национального научно-исследовательского института в области естественных и инженерных наук Германии показали, что взаимодействие сверхкоротковолнового излучения высокой интенсивности с материей отличается от классического описания фотоэффекта.

В соответствии с классическим фотоэффектом при облучении материала пучком излучения, одиночный фотон достаточной энергии взаимодействует с одиночным электроном материала. Процесс этот, как известно, демонстрирует и подтверждает квантовую природу света. Известно также, что при очень высоких интенсивностях короткоимпульсного (фемтосекунды) длинноволнового излучения может происходить многофотонная ионизация. Однако, как показали эксперименты в Гамбурге, где впервые была достигнута плотность мощности на уровне нескольких петаватт на квадратный сантиметр, в мягком рентгеновском диапазоне длин волн классическая теоретическая модель фотоэффекта может оказаться неверной.

http://www.nanonewsnet.ru/news/2009/obnaruzheny-ogranicheniya-klassicheskogo-fotoeffekta-dlya-rentgenovskogo-izlucheniya

В некоторых случаях красная граница фотоэффекта оказывается ниже теоретической.


  Выводы Столетова А.Г.

В результате проведенных в воздухе экспериментов Столетов пришел к следующим выводам:

«1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд...

2. Это действие лучей есть строго униполярное, положительный заряд лучами не уносится.

3. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ = 295•10–6 мм). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.

4. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела...

5. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.

6. Разряжающее действие, при одинаковых условиях, пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.

7. Каков бы ни был механизм активно-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества...

8. Активно-электрическое действие усиливается с повышением температуры»

[Фёдор Менде]

Ученые крупнейшего национального научно-исследовательского института в области естественных и инженерных наук Германии показали, что взаимодействие сверхкоротковолнового излучения высокой интенсивности с материей отличается от классического описания фотоэффекта.

В соответствии с классическим фотоэффектом при облучении материала пучком излучения, одиночный фотон достаточной энергии взаимодействует с одиночным электроном материала. Процесс этот, как известно, демонстрирует и подтверждает квантовую природу света. Известно также, что при очень высоких интенсивностях короткоимпульсного (фемтосекунды) длинноволнового излучения может происходить многофотонная ионизация. Однако, как показали эксперименты в Гамбурге, где впервые была достигнута плотность мощности на уровне нескольких петаватт на квадратный сантиметр, в мягком рентгеновском диапазоне длин волн классическая теоретическая модель фотоэффекта может оказаться неверной.

http://www.nanonewsnet.ru/news/2009/obnaruzheny-ogranicheniya-klassicheskogo-fotoeffekta-dlya-rentgenovskogo-izlucheniya

В некоторых случаях красная граница фотоэффекта оказывается ниже теоретической.


  Выводы Столетова А.Г.

В результате проведенных в воздухе экспериментов Столетов пришел к следующим выводам:

«1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд...

2. Это действие лучей есть строго униполярное, положительный заряд лучами не уносится.

3. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ = 295•10–6 мм). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.

4. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела...

5. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.

6. Разряжающее действие, при одинаковых условиях, пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.

7. Каков бы ни был механизм активно-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества...

8. Активно-электрическое действие усиливается с повышением температуры»

Виктор Аркадьевич, Вы привели точки зрения других, но не свою.
Изложите, пожалуйста, своё видение этой проблемы.

[tory]

Вы правильно отметили:
"Линейная связь наблюдается по той причине, что во всех нелинейных параметрических системах, которым и является атом, энергия и частота связаны при различных преобразованиях линейно."
Во-первых, такие системы являются параметрическими.
Во вторых, они принципиально нелинейны.
Именно в силу этих обстоятельств мы имеем фиксированные уровни энергии в атомах.
Нет фотонов, а есть излучение, порции которого определяются этой нелинейной параметрической системой.

[комукак]

У Миллера  в учебниках по голографии доказано исследовательски (через микроскоп поперечный разрез фотоэмульсии) и подтвержено физико-химико-математически, что светочуствительный слой (фотоэмульсия на желатине) регистрирует форму когерентной волны, отражённой от объекта  - суть голографии.

[Фёдор Менде]

У Миллера  в учебниках по голографии доказано исследовательски (через микроскоп поперечный разрез фотоэмульсии) и подтвержено физико-химико-математически, что светочуствительный слой (фотоэмульсия на желатине) регистрирует форму когерентной волны, отражённой от объекта  - суть голографии.

Совершенно верно. Интерференция отраженного и переотраженного когерентного света создаёт устойчивое распределение электрических полей в пространстве, которое и засвечивают фотоэмульсию. При достаточной толщине эмульсии и короткой длине волны света можно заметить даже градиент засветки эмульсии по толщине.

[tcaplin]

На фотонную структуру света и более жесткого излучения указывает далеко не только фотоэффект. Я уже очень подробно ранее пояснял Вам, что, например, детектирование рентгеновских фотонов ионизационной камерой происходит исключительно фиксированными порциями - причем спектр энергий этих порций - фотонов, несет в себе информацию об излучателе - а, значит, не отражает квантовые свойства приемника.
 Ваша же версия полностью основана на утверждении, что квантовые свойства принимаемых сигналов определяются материалом приемника. Это принципиально неверный довод.
К сожалению, Федор, поднятие Вами этой темы говорит о том, что все мои доводы, на которые я потратил ранее немало времени, Вами просто отброшены без опровержения и даже осмысления.

[Фёдор Менде]

На фотонную структуру света и более жесткого излучения указывает далеко не только фотоэффект. Я уже очень подробно ранее пояснял Вам, что, например, детектирование рентгеновских фотонов ионизационной камерой происходит исключительно фиксированными порциями - причем спектр энергий этих порций - фотонов, несет в себе информацию об излучателе - а, значит, не отражает квантовые свойства приемника.
 Ваша же версия полностью основана на утверждении, что квантовые свойства принимаемых сигналов определяются материалом приемника. Это принципиально неверный довод.
К сожалению, Федор, поднятие Вами этой темы говорит о том, что все мои доводы, на которые я потратил ранее немало времени, Вами просто отброшены без опровержения и даже осмысления.

Нашу дискуссию помню. Просто я более чётко сформулировал свою точку зрения. В кванты не верю и считаю это математическим фокусом.

[tcaplin]

В кванты не верую и считаю это математическим фокусом.

О вере не спорят.
 Я их ловлю, считаю, сортирую и т.п. Вы же, не имея с ними дела, можете не верить - тут, действительно, физические доводы совершенно излишни - пустой звук.

[AK III]

Мне тоже непонятно, почему зависимость эффекта от частоты свидетельствует об квантовой природе света?
Воздействие света - это резонансная раскачка электрона.
Отдельной волной свет не может выбить электрон из своей потенциальной ямы и только под воздействием строго периодической волны у него появляется возможность попасть в резонанс и вылететь за пределы ямы.
Почему не даёт эффекта интенсивность?
Да потому-что два некогерентных колебания не дадут резонанса - приемник может настроиться только на одну радиостанцию.

Единственно что:
1) Облучение поверхности лазерами должно давать эффект отличный от стандартного
2) При очень большой частоте излучения, когда энергия настолько велика , что не требуется резонанса, эффект фотоэффекта должен начинать зависеть и от интенсивности света, а не только от частоты.

[Фёдор Менде]

Мне тоже непонятно, почему зависимость эффекта от частоты свидетельствует об квантовой природе света?
Воздействие света - это резонансная раскачка электрона.
Отдельной волной свет не может выбить электрон из своей потенциальной ямы и только под воздействием строго периодической волны у него появляется возможность попасть в резонанс и вылететь за пределы ямы.
Почему не даёт эффекта интенсивность?
Да потому-что два некогерентных колебания не дадут резонанса - приемник может настроиться только на одну радиостанцию.

Единственно что:
1) Облучение поверхности лазерами должно давать эффект отличный от стандартного
2) При очень большой частоте излучения, когда энергия настолько велика , что не требуется резонанса, эффект фотоэффекта должен начинать зависеть и от интенсивности света, а не только от частоты.

С такими выводами согласен. Они подтверждают и волновую природу света и резонансный характер возбуждения электронов вплоть до вылета его из структуры атома. В нелинейных же средах возможен фотоэффект и на комбинационных частотах при одновременном облучении двумя или более, частотами. Не знаю  описан ли этот случай в литературе?

[tcaplin]

AK III:

Воздействие света - это резонансная раскачка электрона.

Но Вы согласны, что это в вашем примере - резонансная частота атома приемника, а не излучателя?
 Я же произвожу  приборы, где по спектру энергий принятых фотонов определяют химический состав излучателя. Это однозначно говорит о том, что прилетевшие порции волновой энергии устойчиво сохранили резонансные свойства атомов излучателя в виде отдельных порций энергии. Значит, и летели эти порции по пространству так же обособленно - квантами.

[AK III]

AK III:  Но Вы согласны, что это в вашем примере - резонансная частота атома приемника, а не излучателя?
 Я же произвожу  приборы, где по спектру энергий принятых фотонов определяют химический состав излучателя. Это однозначно говорит о том, что прилетевшие порции волновой энергии устойчиво сохранили резонансные свойства атомов излучателя в виде отдельных порций энергии. Значит, и летели эти порции по пространству так же обособленно - квантами.

Это может говорить только о том, что они сохранили частоту.
И летели они по пространству не меняя своей частоты.
А то что можно отличить излучение одного атома от излучения другого (эти два излучения не складываются при воздействии на электрон) - это говорит о том, что и уникальная фаза сохраняется для каждого атома-излучателя.

Фаза излучения - это и есть тот самый "квант" - два излучения одной частоты но разной фазы не могут поглотиться или провзаимодействовать с электроном одновременно - вот и весь "квантовый эффект".
Вероятно что, колебания электрона в такт с одним излучателем даёт ему "иммунитет" от взаимодействия со всеми прочими излучателями с несовпадающей фазой.

[tcaplin]

AK III:

Это может говорить только о том, что они сохранили частоту.
И летели они по пространству не меняя своей частоты.

Детектор квантов ловит именно порции энергии в виде очень коротких импульсов (пропорциональных по амплитуде этой энергии). То есть каждая порция сохраняет частоту и короткую длительность, а в результате - порцию энергии. Так вот ее и называют квантом - фотоном. Что в вашем примере опровергает этот подход?

Фаза излучения - это и есть тот самый "квант" - два излучения одной частоты но разной фазы не могут поглотиться или провзаимодействовать с электроном одновременно - вот и весь "квантовый эффект".

Физически совершенно неоправданное утверждение. Сложите две синусоиды одной частоты, но разной фазы. Получите третью одну синусоиду с третьей фазой.

[Фёдор Менде]

AK III:  Но Вы согласны, что это в вашем примере - резонансная частота атома приемника, а не излучателя?
 Я же произвожу  приборы, где по спектру энергий принятых фотонов определяют химический состав излучателя. Это однозначно говорит о том, что прилетевшие порции волновой энергии устойчиво сохранили резонансные свойства атомов излучателя в виде отдельных порций энергии. Значит, и летели эти порции по пространству так же обособленно - квантами.

Вспомните опыты Герца. Его диполь тоже излучал порцию энергии (затухающий цуг колебаний). Любая открытая возбуждённая электрическая колебательная система излучает такой цуг (порцию) и длина этого цуга зависит от согласования резонансной системы со свободным пространством. А от этого в свою очередь зависит добротность излучающей системы. У атомов эта добротность высока, поскольку длина излучаемой волны гораздо больше размеров излучающего диполя.
Приёмник тоже в свою очередь максимально эффективно принимает те сигналы, которые определяются резонансными частотами его фильтров.
Различные уровни энергии, которые приписывают квантам это лишь математическая схоластика, к физике никакого отношения не имеющая.

[AK III]

А может электрон выбивает из атома не от того, что он приобретает критическую энергию, а из-за того, что когда электрон начинает колебаться с какой-то частотой (в такт внешнему излучателю), то на него ослабевает связь/притяжение с ядром атома и тогда электрон вылетает ?

Получается тот же эффект, что при достижении электроном скорости света - на него резко перестают влиять внешние поля!

А колебания электрона в такт с колебаниями внешнего фотона создают "эффект" того, что электрон летит со скоростью фотона и следовательно, на него также перестают влиять внешние поля!

Может такое быть?

[tcaplin]

Фёдор Менде:

У атомов эта добротность высока, поскольку длина излучаемой волны гораздо больше размеров излучающего диполя.
Приёмник тоже в свою очередь максимально эффективно принимает те сигналы, которые определяются резонансными частотами его фильтров.

Вы ни раньше, ни сейчас не объясняете, каким образом приемник ловит строго дозированные порции волновой энергии, дозы которой связаны с резонансными свойствами излучателя, а не приемника.
 Оказывается, как просто можно "опровергать" вещи, с которыми никогда не имел дела.
 Просто излученная порция (цуг) частоты радиально расходится от излучателя, рассеивая свою энергию по пространству. А кванты-фотоны несут свою порцию компактно целиком через миллионы световых лет.

[комукак]

Совершенно верно. Интерференция отраженного и переотраженного когерентного света создаёт устойчивое распределение электрических полей в пространстве, которое и засвечивают фотоэмульсию. При достаточной толщине эмульсии и короткой длине волны света можно заметить даже градиент засветки эмульсии по толщине.

Было даже до смешного :
Денисюк поручил мне изготовить фотопластинки с удесятерённой толщиной фотоэмульсии для голограмм, а на мой вопрос он ответил, что с рельефа отфиксированной фотоэмульсии (гогограммы) можно попробовать снять отпечаток для скульптора  - но так и ничего не получилось, т.к. в толстом слое фотожеллатина начались свои дифракции, которые создали "белый шум", хотя профиль наметился не сильно на поверхности.

[Фёдор Менде]

Фёдор Менде:  Вы ни раньше, ни сейчас не объясняете, каким образом приемник ловит строго дозированные порции волновой энергии, дозы которой связаны с резонансными свойствами излучателя, а не приемника.
 Оказывается, как просто можно "опровергать" вещи, с которыми никогда не имел дела.
 Просто излученная порция (цуг) частоты радиально расходится от излучателя, рассеивая свою энергию по пространству. А кванты-фотоны несут свою порцию компактно целиком через миллионы световых лет.

Вообще-то тема о фотоэффекте, но раз уж возник такой вопрос, то его следует обсудить отдельно. Если взять ионизационную камеру счётчика, то время от времени в ней происходит ионизация и счётчик всё время щёлкает. И у нас создаётся впечатление, что именно в саму камеру попадает квант света, который и производит такую ионизацию. И где бы мы не разместили эту камеру счётчик трещит. Кажется что ливень квантов постоянно льётся на нас из космоса. именно так трактуют это явление сторонники квантов.
Вы правильно говорите, что любой дипольный излучатель излучает ЭМ колебания в соответствии со своей диаграммой направленности в разных направлениях. Можно создать фазированную решетку и направить это излучение в определённом направлении как у лазера. Но в космосе, откуда летят на нас воображаемые кванты нет фазированных решеток, да и эти кванты не представляют лучи лазеров. В чём же тогда дело. Я на форуме уже размещал статью о пространственной когерентизации http://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=117805.0, в которой было показано что  любой видимый точечный источник света даёт в значительной степени когерентный свет, независимо от того, что излучатели, находящиеся в самом источнике не когерентны. Доказать моё утверждение очень просто. Направленный луч может обеспечить только сфазированная решетка. Пропустите свет удалённой звезды, через узкое отверстие и вы увидите практически нерасходящийся луч. В чём дело? А дело в том, что в данной точке и на протяжении всего луча свой вклад дали только те источники (атомы и молекулы на поверхности звезды) которые пройдя столь большое расстояние остались синфазными в данном месте. На поверхности звезды удельное количество таких атомов очень небольшое поэтому и видим мы звезду в выде точки, а не в полный её размер. Но какое отношение сказанное имеет к нашему случаю, скажете вы? Да самое прямое. По всей вселенной разбросано бесчисленное множество излучателей и плотность их во всех направлениях примерно одинакова. Это излучатели самых разных диапазонов в том числе и тех диапазонов, которые способны ионизировать газ в нашем счётчике. Все эти излучатели излучают с равной вероятностью излучение в соответствии со своей диаграммой направленности. Но поскольку это излучение спонтанное, то и фазы этих колебаний складываются спонтанно в различных точках пространства. Но существует вероятность и эта вероятность тем больше, чем большее число излучателей  данного диапазона во вселенной, что в точке расположения вашего счётчика их фазы совпадут. Это мы видим и в действительности. Где бы вы не поставили счётчик, количество щелчков за заданный промежуток времени будет одинаковый. Поэтому то, что трактуют как кванты, которые прошли миллионы световых лет в одном направлении и не дрогнули, как Вы высказались, это всего лишь статистка случайных процессов при большом количестве его участников.

[AK III]

Фёдор Менде:  Вы ни раньше, ни сейчас не объясняете, каким образом приемник ловит строго дозированные порции волновой энергии, дозы которой связаны с резонансными свойствами излучателя, а не приемника.
 Оказывается, как просто можно "опровергать" вещи, с которыми никогда не имел дела.
 Просто излученная порция (цуг) частоты радиально расходится от излучателя, рассеивая свою энергию по пространству. А кванты-фотоны несут свою порцию компактно целиком через миллионы световых лет.

Ну , возможно что, решения волновых уравнений могут быть исключительно плоскими, но не круглыми волнами.
То что волны могут быть только плоскими - это еще не загадочный квант, который "неизвестный науке зверь" неизвестно как выглядит и как так устроен, что его нельзя поделить на части никакими силами.