Билеты Соболевский / 57. Внешний фотоэффект

57. Внешний фотоэффект

Внешний фотоэффект (фотоэмиссия электронов) – это процесс испускания электронов телом (твердым/жидким) под действием электромагнитного излучения. Открыт Герцем в 1887г.

В 1888-1889гг Столетов подверг его систематическому исследованию, он показал, что испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак. Кроме того, он обнаружил, что сила фототока возрастает с увеличением освещенности пластины.

Свет, проникающий через кварцевое окошко Кв, освещает катод К, изготовленный из исследуемого материала. Электроны, испущенные вследствие фотоэффекта, перемещаются под действием электрического поля к аноду А. В результате течет фототок, измеряемый гальванометром G. Напряжение между А и К измеряют с помощью потенциометра П.

В 1899г Ленард и Дж. Дж. Томсон, измерив удельный заряд испускаемых под действием света частиц, установили, что они являются электронами. Они усовершенствовали прибор Столетова, поместив электроды в эвакуированный баллон.

Получаем вольт-амперную характеристику – кривую зависимости фототока I от напряжения между электродами U, которая снимается при неизменном световом потоке Ф.

Из этой кривой видно, что при некотором не очень большом напряжении фототок достигает насыщения – все электроны, испущенные катодом, попадают на анод.

Следовательно, сила тока насыщения определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света.

Пологий вид кривой указывает на то, что электроны вылетают с различными скоростями. Электроны отвечающие силе тока при U=0, обладают скоростями (энергией), достаточной для преодоления расстояния до анода «самостоятельно», без помощи ускоряющего поля.

А для обращения силы тока в ноль I=0, нужно приложить задерживающее напряжение , при котором ни одному электрону не удается преодолеть расстояние до анода, даже обладающим . Тогда можно записать: , где m – масса e.

Измерив , можно определить максимальное значение скорости фотоэлектронов .

Законы фотоэффекта:

1). Фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку.

2). Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растет с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3). Для каждого вещества существует максимальная длина волны, при которой фотоэффект ещё наблюдается. При бОльших нет.

Максимальная скорость фотоэлектронов зависит только от частоты света – при её увеличении скорость возрастает. Всё это, опять же, легко объясняется, если предположить, что свет испускается порциями – квантами .

1905г Эйнштейн. По его мысли, энергия, полученная электроном в виде кванта , усваивается им целиком. 1) Её часть, равная работе выхода A, затрачивается на «выход» электрона из тела. 2) Если электрон вырывается не с поверхности, а из некоторой глубины вещества, ещё часть энергии E’ теряется вследствие случайных столкновений. 3) Остаток энергии образует кинетическую энергию , которая будет максимальна, если E’=0.

– Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Эйнштейн выдвинул гипотезу о том, что свет распространяется в виде дискретных частиц, названных впоследствии фотонами. Наиболее точным подтверждением тому впоследствии стал опыт Боте.

Красная граница фотоэффекта

Работа выхода зависит от свойств материала.