Запирающая разность потенциалов.

При отрицательном напряжении фотоэлектроны попадают в тормозящее электрическое поле, преодолеть которое он может, лишь имея достаточный запас кинетической энергии. Фотоэлектроны с малой кинетической энергией не могут попасть на анод и не дают вклада в фототок. Такие электроны возвращаются на катод. Плавный спад фототока в области отрицательных напряжений вплоть до нуля при некотором напряжении

указывает на то, что вылетающие из катода фотоэлектроны имеют разную кинетическую энергию в интервале от нуля до некоторой максимальной энергии , при этом

, (2)

То есть, в режиме торможения фотоэлектронов при разности потенциалов их максимальная кинетическая энергия расходуется на работу против сил электрического поля. Такие электроны, подходя близко к аноду, останавливаются и далее, ускоряясь, возвращаются на катод. Величинуназываютзапирающей разностью потенциалов.

В экспериментах обнаружено, что иимеют одно и то же значение при любой

интенсивности света частоты (рис.1). На рис.2,а представлены три экспериментальные зависимости фототока I от напряжения V для трех различных частот световых колебаний при одинаковой интенсивности J. Видно, что запирающая разность потенциалов зависит от частоты. Эта зависимость изображена на рис.2,б для двух фотокатодов из разного материала.

1 2

0

a) б)

Рис.2. a) - Зависимость фототока от напряжения при освещении светом разных частот,

б) – Зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты

и материала катода.

Экспериментальная зависимость от частоты подчиняется уравнению, где

- ещё неизвестная константа.

Для каждого вещества катода существует своя граничная частота , такая, излучение с частотой фотоэффекта не вызывает. Граничная частота называется частотой «красной» границы фотоэффекта, ей соответствуетдлина волны «красной» (длинноволновой) границы . Эмиссию электронов из данного металла вызывает только излучение с длиной волны .

Временная задержка фотоэлектронной эмиссии.

В случае фотоэлектронной эмиссии

независимо от интенсивности падающего света

вплоть до величины порядка

время нарастания тока с момента облучения 0 t, с

до установившегося значения составляет

не более (рис.3).I

4J₁

2J₁

J₁

0 t, с

Рис.3. Временная задержка вылета электронов

после начала освещения фотокатода

Противоречия закономерностей фотоэлектронной эмиссии с классическим представлением о природе света.

Классическая волновая теория рассматривает излучение как электромагнитные волны.

Поглощение света – непрерывный процесс передачи энергии, в результате металл нагревается. Количество переданной энергии при поглощении определяется интенсивностью падающего света , где- плотность энергии световой волны,- амплитуда электрического поля волны.

Таблица 1.

Ожидаемый классический результат	Эксперимент
При большей интенсивности электроны поглощают больше энергии и после выхода из металла должны иметь большее значение кинетической энергии. Передача энергии электронам определяется квадратом амплитуды электрического поля световой волны, а не частотой. Фотоэффект должен наблюдаться при всех частотах.	1. От интенсивности зависит только число вылетающих электронов в единицу времени , которое определяет величину тока насыщения 2. не зависит от интенсивности, азависит только от частоты падающего света. 3. Существует граничная частота . При частотах, фотоэффект не наблюдается при любых интенсивностях.
В поглощении света малой интенсивности участвуют все электроны приповерхностного слоя металла, и требуется довольно продолжительное время для того, чтобы какой-то электрон преодолел поверхностный потенциальный барьер. Такой процесс при малой температуре металла маловероятен.	1. Время задержки эмиссии электронов не зависит от интенсивности. 2. Если , фотоэффект наблюдается при любой, даже самой слабой, интенсивности.

При столь явном противоречии приходится пересматривать представления на природу электромагнитного излучения. Существует два способа передачи энергии: либо посредством волн, либо посредством частиц. Экспериментальные факты по фотоэффекту склоняют к корпускулярному механизму передачи световой энергии.