Физика

Фотоэффект обнаружен Г. Герцем в 1887 г. Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А.Г. Столетовым.

Внешний фотоэффект — испускание электронов поверхностью какого-либо тела под действием электромагнитного излучения; наблюдается в твердых, жидких и газообразных телах.

Электроны, вырванные из поверхности падающими на нее фотонами, называются фотоэлектронами.

Во внешнем электрическом поле движение фотоэлектронов становится упорядоченным — течет фототок.

Явление фотоэффекта было экспериментально изучено русским ученым А.Г. Столетовым; он исследовал зависимость силы тока от приложенного напряжения при различных режимах освещения. Исследуемый материал служил катодом вакуумной трубки К (А — анод), включенной в схему, представленную на рис. 13.1.

А.Г. Столетовым были установлены следующие законы фотоэффекта:

1) при фиксированной частоте излучения ν = const число фотоэлектронов, вырываемых светом из поверхности вещества в единицу времени, пропорционально интенсивности света;

2) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов $T_e^{\text{max}}$ линейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от его интенсивности (рис. 13.2);

3) для каждого вещества существует «красная граница» — минимальная частота ν_min, ниже которой свет любой интенсивности не вызывает фотоэффекта.

Кроме того, была установлена безынерционность фотоэффекта — эмиссия фотоэлектронов за моментом включения электромагнитного поля (освещения) следует практически мгновенно.

Зависимость силы фототока от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой фотоэффекта I( U) (рис. 13.3).

Особенности вольт-амперной характеристики фотоэффекта:

1) при большей освещенности катода кривая I(U) идет выше;

2) при любой освещенности кривая I(U) имеет «полочку», соответствующую фототоку насыщения:

$I_{\text{нас}}=\frac{N}{t}\left|e\right|$,

где N/t — число фотоэлектронов, испускаемых катодом ежесекундно; |e| — модуль заряда электрона, |e| = 1,6 ⋅ 10⁻¹⁹ Кл;

3) при нулевом напряжении фототок не исчезает;

4) фототок исчезает при задерживающем напряжении, определяемом соотношением

$\frac{m{v}_{\text{max}}^2}{2}=\left|e\right|U_{\text{з}}$,

где m — масса электрона, m = 9,1 ⋅ 10⁻³¹ кг; v _max — максимальная скорость фотоэлектрона; |e| — модуль заряда электрона, |e| = 1,6 ⋅ 10⁻¹⁹ Кл; U _з — задерживающая разность потенциалов.

Волновая теория объясняет явление фотоэффекта лишь частично.