Лекция-15

171

Измеряя вольт-амперные характеристики для разнообразных материалов при различных частотах и световых потоках падающего на катод излучения, были установлены следующие три закона внешнего фотоэффекта:

1) закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света;

2)максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой ;

3)для данного вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота o света (зависящая от химической природы вещества

исостояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

В рамках классической физики последние два закона фотоэффекта объяс-

нить невозможно. В 1905 г. А. Эйнштейн, основываясь на квантовой теории эл. мгн. поля Планка, разработал фотонную теорию фотоэффекта (см. лекцию №15). С её помощью можно объяснить не только первый, но и последние два закона фотоэффекта. Согласно этой теории, каждый фотон поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть пропорционально интенсивности света (1-й закон фотоэффекта). Энергия падающего фотона (Eф h ) расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлек-

трону кинетической энергии m 2 2. По закону сохранения энергии:

e

Соотношение ( ) называют уравнением Эйнштейна для внешнего фото-

эффекта. Из ( ) следует, что при 0 o Ah . Откуда видно, что

красная граница фотоэффекта o зависит лишь от работы выхода А электрона, т.е. от химической природы материала образца и состояния его поверхности (её шероховатости, наличия на ней инородных внедрений и т.п.).

173

Какова же природа работы выхода фотоэлектронов? То есть, какая сила препятствует выходу свободных электронов из образца? Выделяют две при-

чины необходимости совершения фотоэлектроном работы выхода: 1) надо

опять втягиваемыми внутрь образца свободными электронами металла. Ме-

жду этим слоем и ионами кристаллической решётки возникает эл. поле, так-

же препятствующее выходу свободных электронов из образца. Для металлов величина A ~ 1 3 эВ (для сравнения, энергия ионизации атома водорода со-

ставляет 13 эВ).

В заключение этой темы отметим, что явление фотоэффекта важно не своими техническими применениями (в кино, в вакуумных фотоэлементах и т.п.), а тем, что оно заставило физиков изменить свой взгляд на природу вещей, в частности – на природу света. Оказалось, что все микро объекты (в

том числе: свет и все микрочастицы - электроны, нейтроны, протоны и т.п.)

имеют двойственную (корпускулярно-волновую) природу, причём в одних обстоятельствах в большей степени проявляются волновые свойства объек-

тов, в других обстоятельствах – корпускулярные свойства.

174