29

Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в тве­рдых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

Схема исследований фотоэффекта.

Два электрода (катод К из исследуемого металла и анод А — в схеме Столетова применялась металлическая сетка) в вакуумной трубке подключены к бата­рее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом (через кварцевое окошко), измеряется включенным в цепь миллиамперметром.

Внутренний фотоэффект — это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свобод­ные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникнове­нию э.д.с.

Вентильный фотоэффект, являющийся разновидностью внутреннего фотоэффек­та, — возникновение э.д.с. (фото-э.д.с.) при освещении контакта двух разных полупро­водников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает, таким образом, пути для прямого преоб­разования солнечной энергии в электрическую.

Вольт-амперная характеристика фотоэффекта.

Зависимость фототока , образуемого потоком электронов, испускаемых под действием света, от напряжения между электродами. На рисунке представлена такая зависимость, соответствующая двум разным освещенностям катода (частота света в обоих случаях одинакова). - фототок насыщения. Определяется таким значением , при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода: . (n – число электронов, испускаемых катодом в 1 с.)

- задерживающее напряжение. При = ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода макс.скоростью, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода: , т.е. измерив задерживающее напряжение , можно определить максимальное значение кинетической энергии фотоэлектронов.

Законы фотоэффекта:

1.Закон Столетова. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых их катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода).

2.Максимальная начальная скорость (макс.начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частицей .

3.Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект не возможен.

Уравнение Эйнштейна.

Энергия падающего фотона расходуется на работу выхода электрона из металла и на сообщение вылетающему электрону максимальной кинетич.энергии: .

Это уравнение выведено на основе квантовой теории фотоэффекта, согласно которой свет частотой не только испускается, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными пропорциями (квантами), энергия которых .

(работа выхода обычно задается в электрон-вольтах 1эВ=1,6*10Дж)