Зависимость фототока от напряжения

Меняя величину и знак анодного напряжения, можно проследить, как меняется фототок. График этой зависимости, называется характеристикой фотоэлемента,

Прежде всего заметим, что электроны вылетают из катода с различными скоростями и в разных направлениях; максимальную скорость, которую имеют фотоэлектроны в условиях опыта, обозначим v.

Если напряжение U отрицательно и велико по модулю, то фототок отсутствует. Максимальная кинетическая энергия вылетевших электронов оказывается меньше, чем модуль работы поля при перемещении электрона с катода на анод:

Здесь m=9,1∙10^-31кг — масса электрона, e=-1,6∙10^-19Кл — его заряд.

Будем постепенно увеличивать напряжение. Поначалу тока по-прежнему нет. При достижении напряжения U_з, которое называется задерживающим напряжением, электроны попадают на анод с нулевой скоростью. Имеем:

Таким образом, величина задерживающего напряжения позволяет определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов.

При небольшом превышении задерживающего напряжения появляется слабый фототок. Его формируют электроны, вылетевшие с максимальной кинетической энергией почти точно вдоль оси колбы (т.е. почти перпендикулярно катоду): теперь электронам хватает этой энергии, чтобы добраться до анода с ненулевой скоростью и замкнуть цепь. Остальные электроны, которые имеют меньшие скорости или полетели в сторону от анода, на анод не попадают.

При повышении напряжения фототок увеличивается. Анода достигает большее количество электронов, вылетающих из катода под всё большими углами к оси колбы. Обратите внимание, что фототок присутствует при нулевом напряжении!

Когда напряжение выходит в область положительных значений, фототок продолжает возрастать. Однако достигают анода пока ещё не все фотоэлектроны. Наконец, при достаточно больших положительных значениях напряжения ток достигает своей предельной величины I_нас, называемой током насыщения, и дальше возрастать перестаёт.

Напряжение, ускоряющее электроны, становится настолько велико, что анод захватывает вообще все электроны, выбитые из катода

Законы фотоэффекта

Первый закон фотоэффекта.

νкр2

νкр1

Aвых1

Aвых1

рис

ток насыщения меняется пропорционально интенсивности света. Число электронов, выбиваемых из катода за секунду, пропорционально интенсивности падающего на катод излучения (при его неизменной частоте).

Второй закон фотоэффекта. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Третий закон фотоэффекта. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта — наименьшая частота света ν, при которой фотоэффект ещё возможен. При ν<ν_кр фотоэффект не наблюдается ни при какой интенсивности света.