1. Фотоэффект

В 1888 году Герц обнаружил, что проскакивание искры между свинцовыми шариками рязрядника значительно облегчается, если один из шариков, который является катодом освещать УФ-лучами.

Это явление было тщательно исследовано экспериментально Столетовым, который установил его основные закономерности; схема опытов Столетова имеет вид

В откачанный до высокого вакуума резервуар были впаяны Me катод и анод, между которыми была приложена определенная разность потенциалов. Ток в цепи измерялся амперметром, а разность потенциалов между электродами – вольтметром. Через окошко С, сделанное из кварца, катод облучался УФ-лучами,которые обычным стеклом сильно поглощаются. Если катод не облучался, то ток в цепи отсутсвовал даже при наличии разности потенциалов, т.к. вакуум между электродами не является проводником ЭТ. Но при облучении катода УФ-лучами в цепи возникал ЭТ, т.е. между катодом и анодом появлялись электроны è УФ-излучение выбивает из материала катода электроны. Это явление получило название фотоэффекта. Проведенные исследования показали, что интенсивность облучения катода, разность потенциалов и сила тока в цепи при прочих неизменных условиях находится между собой в определенной зависимости. Кривая, показывающая зависимость I от U при неизменном освещении наз-ся ВАХ фотоэффекта. Исследования показали,что ВАХ при фотоэффекте имеет след.вид Следует отметить 2 наиболее характерные особенности ВАХ фотоэффекта – наличие тока насыщения(такого максимального тока, величина которого при дальнейшем увеличении разности потенциалов остается постоянной) Очевидно, что при I_н полное число электронов, которое выбивается из катода при данной интенсивности облучения достигает анода.

наличие задерживающего потенциала U_0, при котором прекращается ток.

Столетов построил ВАХ-ки для различных интенсивностей света, различных длин волн и различных материалов катода

Исходя из полученных ВАХ-к Столетов смог объяснить основные закономерности, которым подчиняется фотоэффект. В рез-те проведенных исследований Столетовым были открыты 2 закона фотоэффекта

1. Число электронов,выбиваемых в единицу времени с поверхности катода пропорционально интенсивности излучения

2. Энергия выбиваемых из катода электронов не зависит от интенсивности излучения, а зависит только от его частоты и от материала, из которого сделан катод

Кроме того, было установлено, что фотоэффект прекращается совсем, если частота падающего света становится меньше некоторой частоты, характерной для материала, из которого сделан катод. Эта минимальная частота наз-ся красной границей фотоэффекта. Представленные выше экспериментальные факты находятся в резком противоречии с классическими представлениями о волновой природе света. С волновой точки зрения энергия фотоэлектрона должна быть прямопропорциональна интенсивности света, а это противоречит экспериментальным данным. Для объяснения фотоэффекта Эйнштейн предположил, что свет распределяется не в виде непрерывной волны, а в виде дискретных порций энергии, называемых квантами или фотонами. Энергия одного фотона, соответствующего определенной частоте определяется след.образом: E=hν, ,

Эйнштейн объяснил фотоэффект след.образом:

При фотоэффекте фотон, столкнувшись с электроном в Ме передает ему свою энергию. Если переданная энергия достаточно велика, то электрон может преодолеть силы, удерживающие его в Ме и выйти за пределы поверхности Ме. Естественно, что в этом процессе должен соблюдаться ЗСЭ, который можно записать в след.виде: , где Ек-макс.кин.энергия, кот. М. приобрести электрон.

Работа выхода зависит от , а так же от характера поверхности данного материала. Уравнения 1 и 2 полностью объясняют все особенности фотоэффекта. Из данных уравнений следует, что интенсивность светового потока прямопропорциональна числу фотонов в световом потоке. С другой стороны очевидно, что число выбитых электронов прямопропорционально числу фотонов, следовательно, что число выбитых электронов прямопропорционально интенсивности светового потока, что находится в согласии с первым законом фотоэффекта. Кинетич.энергия фотоэлектрона согласно уравнению 2 зависит только от частоты падающего света и не зависит от того, сколько других фотонов столкнулись с другими электронами, т.е. не зависит от интенсивности падающего света, это согласуется со вторым законом фотоэффекта. Из уравнения 2 видно, что если энергия падающих фотонов будет меньше, чем работа выхода из Ме, то фотоэффект будет невозможен. Этим объясняется наличие красной границы фотоэффекта. Минимальная частота, ниже которой фотоэффект невозможен на основании уравнения 2 отпределяется так: (3)

Частоту, определяющую красную границу можно измерить экспериментально. Это дает возможность на основании уравнения 3 вычислить работу выхода электронов из Ме:

Работы выхода для различных Ме различна и равняется обычно нескольким эВ.

На данном рисунке положительным значениям U соответствуют потенциалы, которые ускоряют электроны от катода к аноду, а отрицательным значениям U соотв-т потенциалы, которые задерживают движение электронов от катода к аноду.