5.4.9. Фотоэффект

Фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Это явление открыто Г.Герцем в 1887 г. А.Г. Столетов подверг фотоэффект систематическому исследованию в 1888 – 1890 годах.

Конденсатор, образованный проволочной сеткой и сплошной пластиной был включен последовательно с гальванометром в цепь батареи. Свет, проходя через сетку, попадал в пластину. В цепи возникал ток, регистрируемый гальванометром.

Столетов сделал следующие выводы: наибольшее действие оказывают ультрафиолетовые лучи, сила тока увеличивается с увеличением освещенности, испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак.

Спустя 10 лет Ленерд и Томсон, измерив удельный заряд испускаемых частиц, установили, что это электроны.

Фототок при некотором υ достигает насыщения - все электроны, испущенные катодом попадают в анод.

Следовательно, ток насыщения Jн определяется качеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света.

Максимальное значение кинетической энергии электронов:

1/2m υ²_m =еU₃,

где U₃ - задерживающее напряжение.

Показателем кинетической энергии испускаемых электронов является тормозящий потенциал. При увеличении интенсивности падающего излучения ток насыщения растет (растет число электронов), однако кинетическая энергия электронов остается неизменной, т.к. тормозящий потенциал остается прежним.

Если увеличивать частоту излучения падающего света, то тормозящий потенциал будет возрастать.

Установленные экспериментальные зависимости подтвердили, что чем больше интенсивность падающего света, тем больше электронов должно испускаться поверхностью металла.

Классическая теория утверждает, что чем больше интенсивность, тем большей энергией должны обладать электроны.

В 1905 году А. Эйнштейн, используя новые идеи квантовой механики, предположил, что свет поглощается такими же порциями hυ, какими по предположению Планка - испускается. Энергия, полученная электронами,

усваивается целиком. Часть этой энергии, равная работе выхода А, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело.

hω=mυ²_m+A

k_max= mυ²_m= hω- A

Из формулы, определяющей энергию порции света, вытекает, что в случае, когда работа выхода А превышает энергию кванта, электроны не могут покинуть металл. Для возникновения фотоэффекта hω≥А

ω≥ω₀= ω= λ≤λ₀=,

где λ₀-красная граница фотоэффекта.

Для многофотонного фотоэффекта

Nhω= mυ²_m+A

Красная граница смещается в сторону более длинных волн (λ₀ увеличивается в N раз)

J_N~ФN

Рассматриваемый фотоэффект называется внешним.