27)Внешний фотоэффект. Вольт-амперная характеристика и законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

В 1887 году Генрих Герц, исследуя электромагнитные волны, проводил такой опыт:

Он освещал металлическую пластинку, к которой было подведено напряжение, ультрафиолетовым светом. Если пластинку зарядить положительно, то она вообще не разряжается при освещении. Если же её зарядить отрицательно, то при освещении она почти сразу разряжается. Чуть позже это явление изучали физики В.Гальвакс и А.Г. Столетов. Они пришли к выводу, что такое происходит потому, что из металлической пластинки электроны вырываются под действием света. Именно поэтому, если пластина заряжена положительно, вырвавшиеся электроны притянутся назад, а если отрицательно, то электроны будут отталкиваться от пластины. Явление вырывания электронов из вещества под действием света получило название внешнего фотоэффекта.

Вольт-амперная характеристика Столетова и полученные им законы фотоэффекта:

В своем опыте Столетов использовал стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, внутри которого помещаются два электрода (метал.пластинки). К обоим электродам подается напряжение – к левому отрицательное (катод), к правому положительное (анод). Через окошко он запускал свет, который падал на катод. При этом из него выбивались электроны и притягивались к аноду, образуя внутри баллона электрический ток. Столетов стал увеличивать напряжение между катодом и анодом, и сила тока росла вместе с напряжением. Но в какой-то момент времени установилась постоянная сила тока, не зависящая от напряжения. Этот ток называется током насыщения. Это значит, что в какой-то момент сила тока внутри баллона перестает зависеть от напряжения и зависит только от мощности падающего света.

Сила тока насыщения определяется числом электронов, испускаемых катодом за 1 сек. Следовательно, число вырываемых электронов и сила тока насыщения пропорциональна интенсивности падающего света. Это и есть 1 закон фотоэффекта.

Получается, что существует какое-то максимальное напряжение, до которого можно довести систему, после которой сила тока насыщения перестает расти. И значит с помощью этого напряжения можно найти максимальную кинетическую энергию передаваемую электронам при вырывании и их максимальную скорость.

Как показали опыты, это максимальное напряжение (его называют еще запирающим) не зависит от интенсивности падающего света, а значит не зависит от неё и максимальная энергия электронов. С точки зрения волновой теории этот факт был непонятен. Ведь чем больше интенсивность света, тем большие силы действуют на электроны со стороны электромагнитного поля волны и тем большая, казалось бы, должна передаваться энергия электронам. Однако на опытах было обнаружено, что кинетическая энергия вырываемых электронов зависит только от частоты падающего света. Именно по этой причине, как выяснилось позже, ультрафиолетовая часть спектра у света стала причиной фотоэффекта, потому что она обладает самой маленькой длиной волны и самой большой частотой. Существует так же и минимальная граница частоты падающего света, при котором фотоэффект не происходит вообще. Если частота падающего света ниже этой границы, то энергия электронам не передается и фотоэффекта не наблюдается. На основе этих рассуждений формулируются 2 и 3 законы фотоэффекта: