2/Фотоэффект.

Законы внешнего фотоэффекта.

Внешний фотоэффект – называется вырывание электрона с поверхности металла под действием света. (Герц открыл это дело , а Столетов поизучал.) Эксперимент состоит из: конденсатор из 2-х пластин, одна сплошная другая решетчатая. Поместили в сферу с откачанным воздухом. Свет падает на обкладку через щели в решетки и в цепи регистрировался ток гальванометром. (рис. 4) Обнаружили: 1) Наибольшее действие отказывает ультрафиолетовое излучение. 2) Сила тока возрастает с увеличением интенсивности света. 3) Испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный заряд, позже Ленорд и Томпсон установили что это электроны, так же они усовершенствовали установку для определения фотоэффекта.

(рис. 5) состав: 2 электрода: катод и анод, помещены в лампу из которой откачали воздух, далее через кварцевое стекло свет падает на катод и в цепи возникает ток, который регистрирует гальванометр. Потенциометром можно изменить напряжение между электродами, а так же изменять значения катода и анода (с + на – и на оборот).

(гр. 2), где - сила фототока (ток который фиксирует гальванометр).- напряжение между катодом и анодом. В результате получили вольтамперную характеристику при постоянной освещенности.

Особенности вольтамперной характеристики:

1)При токесть но маленький это означает что небольшая часть вырванных из катода электронов достигает анода, т.е с поверхности катодавылетают с различными скоростями.

2) С увеличением прямой разности потенциалов увеличивается значит все большедостигает анода. Ток увеличивается постепенно это значит что с катода вылетаютс разными скоростями.

3) достигает насыщения это происходит тогда, когда всевырванные с катода в ед. времени достигают анода.

4) С увеличением обратной разности потенциалов ток уменьшается, т.е все меньшедостигает анод.

5) При некотором значении (задерживающего), т.е ни одинне достигает анода..

Вольтамперную характеристику исследовали при различных освещенностях катода и были установлены законы фотоэффекта (ФФ) (экспериментальные):

1)ФФ безынерционен, т.е при освещении катода мгновенно появляется фототок, если свет выкл. то ток тут же исчезает.

2) насыщения прямо пропорционален интенсивности света при данной частоте света.

3) а следовательно максимальная кинетическая энергияили(максимальная скорость) зависят от частоты света и не зависят от интенсивности.

4) Существует красная граница ФФ, т.е такая частотаниже которой ФФ не наблюдается.

Законы ФФ невозможно объяснить с волновой точки зрения.

С волновой точки зрения свет– это электромагнитные колебания в которых происходят колебания,для того чтобывырвать с поверхности металла надо его сначала раскачать и только когда наступит резонанс он оторвется от поверхности металла, т.е ФФ инерционен. Электромагнитные волны пропорциональны квадрату амплитуды а интенсивность это и есть значениекогда волна падает на поверхность металла она передаетэнергию и чем больше значение волны тем с большей скоростью () вылетаетс поверхности металла и это не зависит от(частоты), т.ечто не сочетается с законами ФФ, кроме независимости отможно всегда сообщитьдостаточное значение волны чтобы вырвать его с поверхности металласледовательно красной границы не существует, что не сочетается с законами.

Уравнение Эйнштейна для внешнего ФФ.

Следуя Планку свет излучается квантами. Следуя Эйнштейну свет поглощается и распространяется квантами, т.е свет можно представить в виде потока фотонов (квантов) с энергией , интенсивность света определяется числом фотонов в ед. времени. Согласно Эйнштейну одинметалла поглощает один фотон, при этом его энергия увеличивается. Поглощение фотонов происходит мгновенно поэтомувыскакивает с поверхности металла это доказательство безынерционости ФФ.

Число вырвавшихся с поверхности металлачислу падающих фотонов ()еслинаходится на поверхности металла то поглотивон тут же выскакивает с поверхности преодолев работу выхода (это энергия которую нужно сообщитьчтобы вырвать его с поверхности металла). Работа выхода зависит от вида металла и от состояния поверхности, есликоторый поглощаетнаходится на некоторой глубине от поверхности металла то часть энергиион расходует для того чтобы дойти до поверхности металла это происходит из-за того что возникают случаи столкновения с другимии ионами металла. При подходе к поверхности этомуможет не хватить энергии чтобы вырваться с поверхности металла.,- число вырвавшихся электронов (), т.о;- интенсивность света.

1) записано длянаходящихся на поверхности металла. Энергиякоторую приобретаетрасходуется наи на сообщениемаксимальной кинетической энергии.

2) все тоже, но еще расходуется на то чтобы дойти до поверхности металла.

Из этих формул следует что с поверхности металла вылетают с разными скоростями что проявляется в плавном изменении вольтамперной характеристики и наличии тока. Из уравнения 1) видно чтокинетическая энергия не зависит от(интенсивности) а зависит только от(частоты).

Если свет падает с такой что(значение)хватает только на то чтобывырвать с поверхности металла, при этом. Однакомогут создавать фототок если приложена разность потенциалов между катодом и анодом, если, то энергиине хватит даже на то чтобы вырвать его с поверхности металла, т.е ФФ

Уравнения ФФ:

1.

2.

3. ;;.

(Гр. След.) .

Определить экспериментально зависимость можно определиви постоянную Планка. Экспериментально получить значениесложно поскольку вольтамперная характеристика плавно уходит в 0 поэтому в 1928г. Лукерский и Прилежаев создали лампу в виде сферического конденсатора: катод – металлический шарик, анод – сферический, а посередине слой. В этом случаеопределяется более точно.

При создании лазера были получены большие мощности световых пучков. В этом случае наблюдалось многофотонное поглощение, т.е один поглощалфотонов. В этом случае уравнение Эйнштейна выглядит так. Согласно этой формуле длина волны соответствующая красной границе увеличивается враз, т.е смещается в сторону более длинных волн.

Кроме внешнего ФФ и внутренний он наблюдается в полупроводниках и диэлектриках, где под действием света электроны находящиеся в связанном состоянии с атомами отрываются от них, т.е становятся свободными. При этом увеличивается концентрация свободныхи вылетас поверхности не происходит.

Вентильный ФФ – это частный случай внешнего ФФ заключается в возникновении Э.Д.С. при освещении контакта (метал-диэлектрик, метал-полупроводник, полупроводник- полупроводник).