Билеты Соболевский / 57. Внешний фотоэффект
.docx57. 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.
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.