2. Каковы основные закономерности внешнего фотоэффекта?

Обобщённая схема экспериментальной устано­вки для изучения внешнего фотоэффекта (см. рис) представляла собой двухэлектродную стеклянную трубку, лампу (вакуумный диод - фотоэлемент), один из электродов (катод К) которой облучался пучком света. Между катодом и вторым электродом – анодом А прикладывалось напряжение U, которое можно было регулировать (как по величине, так и по знаку, полярности) с помощью потенциометра П. Амперметр А измерял силу I тока, протекающего через лампу, а вольтметр В измерял напряжение между анодом и катодом.

В силу имеющегося разброса начальных скоростей электронов, вылетающих из разных по глубине слоев вещества катода, до анода долетают лишь наиболее быстрые из них. С ростом положительного напряжения на аноде число таких электронов возрастает, и при некотором напряжении все, вырванные светом из катода электроны, достигают анода, образуя ток насыщения _нас.

Чтобы обратить фототок в ноль, необходимо между анодом и катодом приложить напряжение U_з обратной полярности, называемое задерживающим или запирающим. Оно определяется из условия равенства кинетической энергии Е_к фотоэлектрона работе А = q_еU_з задерживающего электрического поля по торможению электрона, то есть из равенства: Е_к = q_еU_з.

Х

арактерные особенности внешнего фотоэффекта наиболее полно вскры­ваются в его вольтамперной характеристике (ВАХ), представляющей собой зависимость силы фототока (тока электронов, попадающих на анод) от напряжения между катодом и анодом (катодом является облучаемый светом ма­териал).

Опыты выявили следующие основные закономерности внешнего фотоэффекта:

1. Сила тока насыщения _нас прямо пропорциональна световому потоку⁴ Ф: _нас  Ф (эта закономерность носит название закона Столетова).

2. Фотоэффект начинается с некоторой минимальной частоты света _мин (или _о), получившей название красной границы⁵ фотоэффекта.

3. Максимальные кинетическая энергия Е_{к макс} и скорость _{к макс} фотоэлектронов (а также и задерживающее напряжение U_з) пропорциональны частоте  света и не зависят от его интенсивности.

4. Фотоэффект практически безынерционен, т. е. фототок возникает мгновенно после облучения светом вещества.

3. Что в фотоэффекте и почему не смогла объяснить волновая теория света?

Согласно классической волновой электромагнитной картине света, вырывание электронов, связанных в веществе, происходило вследствие возрастающей во времени “раскачки” их переменным электрическим полем световой волны. В волновом подходе интенсивность света пропорциональна амплитуде световой волны, и именно эти характеристики должны были определять возможность самого фотоэффекта и его “силу”. Опыт же говорил о том, что определяющей характеристикой оказывается частота света. Волновой подход не смог объяснить основные закономерности внешнего фотоэффекта и, прежде всего, частотные закономерности (наличие красной границы, пропорциональность запирающего напряжения частоте света), а также его безынерционность и независимость запирающего напряжения от интенсивности света. Свет оказался объектом (микрообъектом), к которому нельзя было применять законы классической (макроскопической) физики. Это несоответствие классической волновой теории и опыта было преодолено в 1905 г. А. Эйнштейном путем привлечения квантово-корпускулярных представлений о свете, предложенных в 1900 г. М. Планком при объяснении закономерностей теплового излучения.