5.1. Взаємодія електромагнітної хвилі і речовини полягає в тому, що електромагнітна х&

У загальному випадку ця енергія переходить у тепло і температура речовини збільшується.

Явище зовнішнього фотоефекту було відкрите Генріхом Герцем у 1887 році. Він помітив, що заряджена негативними зарядами цинкова пластина швидко втрачає свій заряд під дією ультрафіолетового проміння. Це показувало на те, що під дією ультрафіолетового проміння з цинкової пластини виривались електрони.

Перші фундаментальні дослідження фотоефекту були виконані російським фізиком Олександром Столєтовим у 1888-1890 роках.

Мал. 5.1.1. Схема експериментальної установки

Сила фотоструму зростала, якщо між сіткою й пластиною створити електричне поле за допомогою джерела постійного струму (мал. 5.1.2). При цьому електричне поле не тільки напрямляло вивільнені електрони від пластини до сітки, але й прискорювало їх.

Мал. 5.1.2. Схема експериментальної установки

Для даної інтенсивності електромагнітних хвиль із збільшенням напруги сила

фотоструму зростала лише до певного значення . Такий фотострум було назване фотострумом насичення (мал. 5.1.3). Він свідчив про те, що всі вивільнені електрони досягають сітки.

Мал. 5.1.3. Залежність фотоструму від напруги між пластиною і сіткою

(1– ультрафіолетове проміння більшої інтенсивності;

2– ультрафіолетове проміння меншої інтенсивності)

Із графіка залежності сили фотоструму від напруги можна побачити, що зменшувати силу фотоструму до нульового значення можна при умові, якщо між цинковою пластиною і сіткою прикласти зворотну напругу, тобто цинкову пластину з’єднати із плюсом джерела, а сітку – із мінусом джерела. При цьому електричне цьому поле вже не прискорює вивільнені електрони, а гальмує їх.

Для деякого значення зворотної напруги, яку називають гальмівною напругою , фотострум в колі припиняється (мал. 5.1.4). Це означає, що для гальмуються найбільш швидкі електрони зі швидкістю . За законом збереження й перетворення енергії робота сил електричного поля, яке протидіє рухові найбільш швидких електронів, дорівнює кінетичній енергії цих електронів:

, (5.1.1)

де m і e – маса і заряд електрона. Отже, якщо виміряти гальмівну напругу, то можна знайти максимальне значення швидкості вивільнених електронів:

. (5.1.2)

Мал. 5.1.4. Схема експериментальної установки ()

Дослідження Столєтова та інших вчених привели до встановлення таких закономірностей фотоефекту:

1. Фотоефект починається тільки при цілком певній для даного металу мінімальній частоті електромагнітних хвиль, яку називають „червоною межею” фотоефекту.

2. Сила фотоструму насичення прямо пропорційна інтенсивності електромагнітних хвиль, що падають на металеву пластину.

3. Максимальна швидкість вивільнених електронів прямо пропорційна частоті електромагнітних хвиль й не залежить від їх інтенсивності.

4. Явище фотоефекту є без інерційним, тобто фотоефект починається одночасно з освітленням поверхні металу з точністю до однієї міліардної долі секунди.