2. Фотоэффект құбылысы. Эйнштейн теңдеуі.

Фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуі. Фотоэффекті түсіндіру үшін Эйнштейн мынадай ұйғарым жасады (1905 ж): жарық толқынының энергия ағыны үздіксіз емес, ол квант немесе фотон деп аталатын энергияның дискреттік үлестерінің ағыны болып табылады.

Жиілігі  жарыққа сәйкес келетін фотон энергиясы

(9.34)

болады, мұндағы =1,0510^-34Джс.

Фотон металдағы электронмен соқтығысып, оған өзінің барлық энергиясын береді. Еркін электронмен соқтығысқан кезде оған фотонның барлық энергиясының берілуі мүмкін емес (§1.5 қараңыз). Металдағы электрөткізгіштікті қамтамасыз ететін электрондар еркін электрондар деп аталады, бірақ олар өзара бірімен-бірі және кристалдық тордың басқа электр зарядтарымен әсерлеседі. Сондықтан олар динамикалық мағынада байланысқан электрондар болып табылады және фотонның бүкіл энергиясын толығынан жұта алады. Егер осы жұтылған энергия жеткілікті үлкен болса, онда электрон өзін металда ұстап тұратын күштерді жеңеді де металдан босап шыға алады. Әрине осы процесте энергияның сақталу заңы орындалады, оны мына түрде жазуға болады

, (9.57)

мұндағы - электронның металл көлемінде ұстап тұратын күшті жеңіп және көлем аумағынан шыққан кездегі ең үлкен кинетикалық энергиясы; А - шығу жұмысы (электронды металл көлемінде ұстап тұратын күштерді жеңу үшін электронның атқарған жұмысы). (9.57) қатысы фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуі деп аталады.

(9.34) және (9.57) теңдеулері фотоэффектің барлық ерекшеліктерін толығынан түсіндіреді.

Жарық ағыны энергиясының тығыздығы (жарық интенсивтілігі) фотон ағыны тығыздығына, яғни ағынның 1 м² көлденең қимасынан 1с ішінде өтетін фотон санына тура пропорционал. Уақыт бірлігінде жұлынып шығарылған электрон саны фотон ағыны тығыздығына тура пропорционал. Осыдан металл көлемінен уақыт бірлігінде ұшып шығатын электрон саны жарық интенсивтігіне тура пропорционал екендігі келіп шығады (фотоэффектің 1-заңы).

(9.57) теңдеуге сәйкес фотоэлектронның кинетикалық энергиясы катодтан электронды жұлып шығаратын фотон энергиясына ғана тәуелді де басқа қанша фотонның басқа электрондармен соқтығысқандығына тәуелді болмайды, яғни жарық интенсивтігіне тәуелді емес (фотоэффектің 3-заңы). (9.57) теңдеуден фотон энергиясы электронның металдан шығу жұмысынан кем болған жағдайда фотоэффектің мүмкін еместігі көрінеді. Фотоэффекте қызыл шекарасының болуы осылай түсіндіріледі (фотоэффектің 2-заңы).