Явление фотоэффекта. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

Фотоэффект – явление, характеризующее корпускулярную природу света, свет представляет собой поток частиц – фотонов).

Различают фотоэффект (виды фотоэффекта)внешний и внутренний. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твёрдых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Фотоэффект обнаружен Г. Герцем, наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового промежутка ультрафиолетовым излучением. Фотоэффект называется внутренним, если вырванные из атомов электроны остаются в веществе в качестве свободных электронов. Наблюдается у полупроводников и некоторых диэлектриков.

Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским учёным А.Г. Столетовым. Были проведены экспериментальные исследования.

В стек­лян­ный бал­лон, из ко­то­ро­го был вы­ка­чан воз­дух, по­ме­ща­ют­ся два элек­тро­да. На один из элек­тро­дов по­сту­па­ет свет через квар­це­вое окош­ко, про­зрач­ное не толь­ко для ви­ди­мо­го света, но и для уль­тра­фи­о­ле­то­во­го. На элек­тро­ды по­да­ет­ся на­пря­же­ние, ко­то­рое можно ме­нять с по­мо­щью по­тен­цио­мет­ра и из­ме­рять вольт­мет­ром. К осве­ща­е­мо­му элек­тро­ду под­клю­ча­ют от­ри­ца­тель­ный полюс ба­та­реи. Под дей­стви­ем света этот элек­трод ис­пус­ка­ет элек­тро­ны, ко­то­рые об­ра­зу­ют элек­три­че­ский ток. При малых на­пря­же­ни­ях не все вы­рван­ные све­том элек­тро­ны до­сти­га­ют дру­го­го элек­тро­да. Если, не меняя ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния, уве­ли­чи­вать раз­ность по­тен­ци­а­лов между элек­тро­да­ми, то сила тока воз­рас­та­ет. При неко­то­ром зна­че­нии на­пря­же­ния она до­сти­га­ет мак­си­маль­но­го зна­че­ния, после чего пе­ре­ста­ет уве­ли­чи­вать­ся.

Ток на­сы­ще­ния – мак­си­маль­ное зна­че­ние силы тока. Ток на­сы­ще­ния опре­де­ля­ет­ся чис­лом элек­тро­нов, ис­пу­щен­ных за 1 се­кун­ду осве­ща­е­мым элек­тро­дом.

Из­ме­няя ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния, уда­лось уста­но­вить, что сила тока на­сы­ще­ния прямо про­пор­ци­о­наль­на ин­тен­сив­но­сти све­то­во­го из­лу­че­ния, па­да­ю­ще­го на по­верх­ность тела. При уве­ли­че­нии ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния ис­точ­ни­ка света в два раза, сила тока на­сы­ще­ния тоже уве­ли­чи­ва­ет­ся в два раза.

Три закона внешнего фотоэффекта:

1)фототок насыщения (число фотоэлектронов, вырываемых из катода за 1с)прямо пропорциональна интенсивности света при постоянной частоте.

2) максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности;

3) для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е.

наибольшая длина при которой еще возможен внешний фотоэффект. Красной эта граница названа потому, что при λ > λ кр., т.е. при «более красном» свете, фотоэффект не происходит.

Эйнштейн в 1905 г. дал объяснение фотоэффекта: E = hv.

Исходя из заявления Эйнштейна, из явления фотоэффекта вытекает, что свет имеет прерывистую структуру: излученная порция световой энергии E = hv сохраняет свою ин­дивидуальность и далее. Поглотиться может лишь вся порция полностью. Эта порция имеет название фотона.

Если фотон передает электрону энергию hv, которая является больше или равной величине работы А по удале­нию электрона с поверхности металла, значит, электрон покидает поверхность этого металла. Разность между hv и А приводит к образованию кинетической энергии электрона. Следствие из закона сохранения энергии:

Эта формула является уравнением Эйнштейна, которое описывает каждый из законов фотоэффекта. Следствием из уравнения Эйнштейна является то, что кинетическая энергия электрона линейно зависит от частоты v и никак не зависит от интенсивности излучения. Так как общее число электронов n, которые покидают по­верхность металла, пропорционально числу падающих фотонов, значит, величина n оказывается пропорциональной интенсивности падающего излучения.

Красную границу фотоэффекта можно получить из , если скорость электрона, который покидает металл, приравнять к нулю: ; , то есть красная граница фотоэффекта зависит лишь от работы выхода А.

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться: