Законы внешнего фотоэффекта

1.. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода (закон Столетова).

2. Максимальная скорость (максимальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта т.е. минимальная частота (максимальная длина волны) света, зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности, ниже которой фотоэффект невозможен.

    В 1905 г. А.Эйнштейн показал, что явление фотоэффекта и его закономерности могут быть объяснены на основе предложенной им квантовой теории фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет частотой n не только испускается (как это предполагал М.Планк), но и распространяется в веществе и поглощается веществом определенными порциями (квантами), энергия которых E ₀= hn. Кванты электромагнитного излучения (фотоны) движутся со скоростью распространения света.

    По теории Эйнштейна, каждый квант поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных с поверхности вещества электронов должно быть пропорционально интенсивности света (I закон фотоэффекта).

    Энергия падающего фотона расходуется на совершение работы выхода электрона из вещества А и на сообщение ему кинетической энергии

    .

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта является законом сохранения энергии применительно к этому процессу.    

.                                                        (1)

Из уравнения (1) следует, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности (II закон фотоэффекта). Так как с уменьшением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов падает (для данного металла А_вых = const.), то при некоторой достаточно малой частоте n = n₀ кинетическая энергия фотоэлектронов становится равной нулю, и при дальнейшем понижении частоты фотоэффект прекращается (III закон фотоэффекта). Согласно изложенному, получим          

или                                                  (2)

Величины λ₀ и n₀ называют красной границей фотоэффекта для данного вещества. Они зависят лишь от работы выхода электрона, т.е. от химической природы вещества и состояния его поверхности (в том числе и от наличия или отсутствия на поверхности других веществ).