Фотоәффект заңдары.

(1) Столетов заңы: түскен жарықтың жиілігінің бекітілген (тұрақты) мәнінде бірлік уақыт ішінде фотокатодтан шыққан фотоәлектрондар саны жарық интенсивтілігіне пропорционал (қанығу фототок күші катодтың әнергетикалық жарықталуына пропорционал).

(2) Фотоәлектрондардың бастапқы максимал жылдамдықтары түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, тек жарықтың жиілігімен анықталады.

(3) Әр зат үшін фотоәффекттің қызыл шегарасы бар – одан төмен мәнде фотоәффект мүмкін болмайтын жарық жиілігінің минимал мәні (заттың химиялық құрылымына және зат бетінің күйіне байланысты).

Фотоәффект механизмін түсіндіру үшін Әйнштейн өз жорамалын ұсынды. Әйнштейн жорамалы бойынша жиілігі жарық тек бөлек кванттар ретінде шығарылып қоймай, сонымен қатар кеңістікте таралып, затпен бөлек порциялар (кванттар) ретінде жұтылады. Кванттардың әнергиялары:

Вакуумда с жарық жылдамдығымен таралатын жарық кванттары фотондар деп аталады.

Түскен фотонның әнергиясы әлектронның металдан шығу үшін істелінетін шығу жұмысына А және ұшып шыққан фотоәлектронға кинетикалық әнергия беру үшін жұмсалады. Сыртқы фотоәффектке арналған Әйнштейн теңдеуі:

Бұл теңдеу фотоәлектрондардың кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігін түсіндіреді (2-заң). Фотоәлектрондардың кинетикалық әнергиясы нольге тең болатын жарықтың шектік жиілігі :

(немесе )

Фотоәффекттің қызыл шегарасы болып табылады (3-заң).

Әйнштейн теңдеуінің басқаша түрде жазылуы:

Суретте алюминий, мырыш және никель үшін фотоәлектрондардың максимал кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігі көрсетілген. Барлық түзулер бір-біріне параллель, туындысы катод материалына байланысты емес және сан мәні жағынан h Планк тұрақтысына тең. Ординат осі боымен алынған кесінділер сан мәні бойынша әлектрондардың сәйкесінше металлдардан А шығу жұмысына тең.

Ф отондардың бар болуы Боте тәжірибесінде көрсетілген. Екі счетчиктің Сч арасына қойылған жұқа металл фольга Ф қатты сәулелену нәтижесінде рентген сәулелерін шығарды. Егер шыққан рентген сәулесінің әнергиясы барлық жаққа бірқалыпты таралатын болғанда, онда екі счетчик бір уақытта жұмыс істеу керек еді және қозғалмалы Л лентада М маркерлерімен сызылған синхронды белгілер пайда болу керек еді. Шын мәнінде белгілер ретсіз орналасқан болып шықты. Яғни әрбір сәуле шығару кезінде не бір бағытқа, не басқа бағытқа ұшатын жарық бөлшектері (фотондар) пайда болады.

Фотонның массасы мен импульсі. Жарықтың корпускулалық (кванттық) және толқындық қасиеттерінің бірлігі.

формулаларын пайдалана отырып, фотонның әнергиясына, массасына және импульсіне арналған өрнектерді аламыз:

Бұл қатынастар фотонның кванттық (корпускулалық) сипаттамаларын - массасын, импульсі мен әнергиясын - жарықтың толқындық сипаттамасымен – оның жиілігімен байланыстырады.

Жарықтың бір уақытта таралу заңдылықтарында, интерференция, дифракция, поляризация құбылыстарында байқалатын толқындық және жарықтың затпен әсерлесу құбылыстарында (жарық шығару, жұту, шашырату) көрінетін корпукулалық қасиеттері бар.