36.Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Энштейна для фотоэффекта

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов металлом под действием света. Выбитые под действием света электроны назвыются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими в цепи, называется фототоком. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887 году. Изучая влияние света на протекание электрических процессов, учёный заметил, что проскакивание электрической искры между заряженными цинковыми шариками значительно облегчается, если один из них осветить ультрафиолетовых светом.

Подробное изучение влияния света на заряжённые тела было проведено А.Г. Столетовым. Одновременно фотоэлектрическое явление было изучено английским физиком Гальваксом. Столетов установил следующие основные закономерности, которым подчиняется фотоэффект:

1)пластина теряет заряд только в том случае, если она заряжена отрицательно; заряд пластины не пропадает под влиянием света, если она заряжена положительно;

2)явление вызывается прнимущественно ультрафиолетовым светом;

3)разряжающее действие лучей пропорционально их энергии;

4)разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причём между моментом освещения и началом разряда не протекает заметного времени.

Для более детального узучения и установления законов фотоэфекта Столетов и другие исследователи использовали следующую установку. Металлическая пластинка (катод) Р Подсоединена к отрицательному полюсу батареи В, второй полюс подсоединён через гальванометр к аноду N. Оба электрода помещены в баллон из которого выкачан воздух. При освещении катода светом из него освобождаются фотоэлектроны, которые попадают в электрическое полемежду катодом и анодом. Изучая вольт-амперные характеристики при различных частотах падающего на катод излучения и различных энергетических освещенностях катода, обобщения полученных данных были установлены следующие законы фотоэффекта:

1)Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется его частотой.

2)Для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (максимальная длина волны), зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности, при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

3)При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещённости катода):

IН=b*Ф

где b – интегральная чувствительность фотокатода.

4)Фотоэффект безынерционен.

Формула Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Исходя из теории Планка о квантах, Эйнштейн предложил квантовую теорию фотоэффекта. Эйнштейн предположил, что свет не только излучается квантами, но и распространяется, и поглощается отдельными неделимыми порциями – квантами. Кванты представляют собой частицы с нулевой массой покоя, которые движутся в вакууме со скоростью С=3*108 м/с. Эти частицы получили название фотонов. Энергия квантов Е=hv.

По Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно бытьь пропорционально числу поглрщённых фотонов, т.е. пропорционально интенсивности света. Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода (А) из металла ина сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии (mV²max/2). По закону сохранения энергии:

hv=A+mV²max/2. Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.