Фотоэффект. Основные закономерности фотоэффекта.

1. Явление фотоэффекта.
2. Опыты Столетова.
3. Основные закономерности фотоэффекта.
4. Объяснение закономерностей фотоэффекта волновой теорией света.

В 1887 г. немецкий физик Генрих Герц эксперементировал с разрядником для излучения электромагнитных волн - парой металлических шаров; при приложении разности потенциалов между ними проскакивала искра. Когда же он освещал один из шаров ультрафиолетовыми лучами, разряд усиливался. Таким образом был обнаружен внешний фотоэффект.

Сразу было экспериментально установлено:

• отрицательно заряженная цинковая пластина разряжается под действием ультрафиолета, положительно заряженная пластина не изменяет своего заряда, нейтральная - приобретает небольшой положительный заряд.
• фотоэффект безинерционен, т.е. пластина начинает разряжаться сразу после того, как на нее падает свет. Удалось показать, что отрицательно заряженная пластина теряет электроны. Поэтому фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света.

Экспериментальное исследование фотоэффекта провел русский ученый А.Г. Столетов

Установка Столетова. В колбе находится два электрода: катод и анод, На катод падает свет через окошко закрытое кварцевым стеклом (кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолет). Из колбы откачан воздух. Между электродами подается напряжение, которое можно менять. Идущий в цепи ток измеряется с помощью амперметра. Установка позволяет установить связь между поданным на электроды напряжением и током (построить вольт-амперную характеристику ВАХ).

Результаты работы Столетова

ВАХ оказалась существенно нелинейной: при определенном напряжении ток переставал расти несмотря на рост напряжения. Это значение силы тока называется током насыщения. Объясняется появление тока насыщения просто: свет вырывает с единицу времени некоторое количество электронов, при малом напряжении только небольшая их часть долетают до анода, но при увеличении напряжения они все достигают анода. Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения Uз анодный ток прекращается. Столетову удалось измерить это напряжение и по его величине рассчитать максимальную кинетическую энергию вырванных светом электронов.

Законы фотоэффекта Столетова

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.
2. Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока .
3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффект не происходит («красная граница фотоэффекта»). У щелочных металлов красная граница лежит в диапазоне видимого света.

Объяснение закономерностей фотоэффекта волновой теорией света

Как электроны вырываются светом из металла?

Свет - электромагнитная волна. Электрическое поле волны действует с некоторой силой на электрон, раскачивает его, сообщая ему дополнительную кинетическую энергию, которую он может потратить на преодаление сил притяжения со кристаллической решетки металла.

Безынерционность фотоэффекта.

Чтобы раскачать электрон, волне нужно время порядка секунды, поэтому безынерционность фотоэффекта объяснить волновой теорией не получается.

1 закон Столетова

Энергия вырванного электрона должна зависеть только от амплитуды колебаний в волне, а не от его частоты. Поэтому объяснить первый закон с помощью волновой теории не получается.

2 закон Столетова

Здесь все полычается хорошо: чем больше света, тем больше амплитуда колебаний в световой волне, тем больше вырванных фотоэлектронов.

3 закон Столетова

Опять все плохо: "вырывать" электроны из металла должна амплитуда колебаний, а не частота света, от которой как мы знаем зависит его цвет.

Вернуться