Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Модернизация записи уравнения фотоэффекта Эйнштейна

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Уравнение фотоэффекта Эйнштейна.
2. Ошибка в записи уравнения фотоэффекта Эйнштейна.
3. Модернизация записи уравнения фотоэффекта Эйнштейна.
4. Что подразумевается под массой и энергией фотона.
5. Модернизация определяющего уравнения для импульса фотона.
6. Таблица физических величин из уравнения фотоэффекта Эйнштейна и их единиц.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Уравнение фотоэффекта Эйнштейна.

В.Эткиным (2003) проведен анализ размерностей уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, записанного в виде:

Ek = hνph − Ei , ( 1 )

где Ek - кинетическая энергия фотоэлектрона, вылетающего из фотокатода с максимальной начальной скоростью; νph − частота падения фотонов на фотокатод; h - постоянная Планка; Eiэнергия ионизации атома, необходимая для вылета фотоэлектрона из фотокатода. Введение нами нижнего индекса к частоте падения фотонов νph объясняется необходимостью различать корпускулярную природу видимого света от ее трактовки с помощью волн де Бройля при использовании корпускулярно-волнового дуализма. Как указывает Википедия, "концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет лишь исторический интерес".

В.Эткиным была применена запись уравнения фотоэффекта (1), учитывающая применение метода векторных диаграмм, в виде:

Ek = ħω0 − Φ . ( 2 )

где ħ - редуцированная постоянная Планка; ω0 − угловая частота вращения радиус-вектора на векторной диаграмме; ħω0 = hνph − энергия падающего на фотокатод фотона; Φ − энергия ионизации атома в конденсированных средах, называемая работой выхода электрона и обозначаемая обычно символом А.

2. Ошибка в записи уравнения фотоэффекта Эйнштейна.

При анализе уравнения (2) В.Эткин обнаружил (цитируем), "что слагаемые выражения (2) имеют разную размерность. Действительно, слагаемые Ek и Φ относятся к одному электрону (размерность Дж/электрон), а член ħω0 – к одному фотону (размерность Дж/фотон). Поэтому для выравнивания размерностей член ħω0 , интерпретируемый как энергия фотона, должен быть дополнен множителем Y−1, имеющим смысл отношения числа эмитированных электронов к числу поглощенных квантов излучения и размерность электрон/фотон".

С точки зрения метрологии заметим, что размерностями В.Эткин называет единицы, что, разумеется, неверно. К тому же, таких единиц, как электрон или фотон, ни в физике, ни в метрологии нет. И электрон, и фотон являются материальными объектами, а не физическими величинами. Суть проблемы в ином, и она обозначена В.Эткиным верно: в уравнении Эйнштейна нет указания на то, что число поглощенных фотокатодом фотонов и число эмитированных из фотокатода электронов могут быть не равны друг другу.

3. Модернизация записи уравнения фотоэффекта Эйнштейна.

Мы считаем, что исправить этот недостаток уравнения фотоэффекта Эйнштейна следует следуюшим образом. В уравнение фотоэффекта Эйнштейна следует ввести две новые физические величины: число эмитированных из фотокатода электронов Nel и число поглощенных фотокатодом фотонов Nph . Обе эти величины являются частными случаями основной величины под названием количество считаемых величин, они имеют одну и ту же размерность N и единицу квант (один из вариантов названия единицы количества считаемых величин). Если в уравнение фотоэффекта Эйнштейна в записи (2) ввести эти две величины, то это уравнение должно быть записано так:

Nel Ek = Nph ħω0 – Nel Ei . ( 3 )

Уравнение фотоэффекта Эйнштейна в записи (3) выдерживает проверку на анализ размерностей, так как каждое слагаемое уравнения (3) имеет в системе величин ЭСВП одну и ту же размерность EС и одну и ту же единицу Дж квант. Что касается величины Y = Nel / Nph , упоминаемой в статье В.Эткина и называемой квантовым выходом, то это обычный критерий подобия. А размерность количества считаемых величин С − это та "скрытая размерность", о которой говорит В.Эткин в своей статье, посвященной уравнению фотоэффекта Эйнштейна, косвенно подтверждая тем самым необходимость внесения в набор основных величин количества считаемых величин со своими собственными размерностью и единицей.

4. Что подразумевается под массой и энергией фотона.

В современной физике установлено, что масса фотона mph равна нулю, что фотон движется прямолинейно со скоростью света с и что энергия покоя фотона E0 = mph с2 тоже равна 0. Правда, обычно не уточняется, что речь идет о кинетической энергии прямолинейно движущегося фотона. Без этого уточнения можно сделать неверный вывод о том, что энергия у фотона имеется только при прямолинейном движении.

Между тем фотон - это частица, имеющая спиновое число, равное 1, из чего следует, что фотон должен обладать еще и энергией вращательного движения вокруг своей оси независимо от энергии его прямолинейного движения. И эта энергия вращательного движения должна зависеть от собственного момента инерции фотона, определяющего угловой момент фотона. Не случайно физики в начале ХХ века различали "продольную массу" и "поперечную массу" фотона (Л.Б.Окунь, 1989, с.522). Как мы сейчас понимаем, речь идет не о разных массах, а о кинетических энергиях различных форм движения фотона.

5. Модернизация определяющего уравнения для импульса фотона.

Фотон является релятивистской частицей, а для релятивистских частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света с в качестве меры инертности частицы пользуются не массой частицы, а ее импульсом

р = Ек /с = hν/с = h/λ , ( 4 )

где ν − частота падения фотонов на фотокатод. Фактически она равна среднестатистической частоте испускания фотонов <f>ph , физическое содержание которой пояснено в разделе 6 статьи, посвященной метрологии квантуемого периодического процесса. Соответственно среднестатистический импульс фотона должен определяться уравнением <р>ph = h<f>ph. Учитывая, что длина волны де Бройля <λ> определяется для фотона уравнением <λ>ph = с/<f>ph (таблица из раздела 5), мы приходим к уравнению для среднестатистического значения импульса фотона в виде:

<р>ph = h/<λ>ph . ( 5 )

6. Таблица физических величин из уравнения фотоэффекта Эйнштейна и их единиц.

В заключение приводим таблицу сравнения единиц физических величин в уравнении внешнего фотоэффекта в СИ и в системе величин ЭСВП. Первые 5 строк поясняются в статье, посвященной числу структурных элементов (в квантовой механике).

Название величины в СИ в системе величин ЭСВП
Обозначение Единица Обозначение Единица
Постоянная Планка h Дж с h Дж с квант−2
Частота падения фотонов
на фотокатод
ν с−1 <f>ph квант с−1
Редуцированная постоянная Планка ħ Дж с ħ Дж с об−1 квант−1
Угловая частота
(Угловая скорость
радиус-вектора на диаграмме)
ω рад с−1 ω0 об с−1
Размерный коэффициент 2π - 2π об квант−1
Кинетическая энергия
одного фотоэлектрона
Ек = hν = ħω Дж Ек = h<f>ph = ħω0 Дж квант−1
Энергия ионизации атома Еi Дж Еi Дж квант−1
Число электронов,
эмитированных из фотокатода
- - Nel квант
Число фотонов,
поглощенных фотокатодом
- - Nph квант
Квантовый выход Y = Nel / Nph - Y = Nel / Nph -
Работа выхода А Дж А Дж квант−1
Длина волны красной границы фотоэффекта λ0 = 2πħс/А м λ0 = 2πħс/А м квант−1
Длина волны де Бройля
для фотона
λ м <λ> м квант−1
Импульс фотона р = h/λ Дж м−1 с <р>ph = h/<λ>ph Дж м−1 с кв−1

Литература

1. Окунь Л.Б., 1989, Понятие массы (Масса, энергия, относительность). – М.: ”Успехи физических наук”, т. 158, вып.3, с.с.511-530
2. Эткин В.А., 2003, "Классическая" интерпретация фотоэффекта. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5905.html



© И. Коган Дата первой публикации 7.08.2008
Дата последнего обновления 04.08.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая