Теоретическое введение. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Основные закономерности внешнего фотоэффекта, установленные А.Г. Столетовым, следующие

1. Фототок насыщения i_н (количество электронов, испускаемых катодом в единицу времени) пропорционален интенсивности I излучения, падающего на катод (i_н ~ I).

2. Максимальная кинетическая энергия (mv²_max /2) фотоэлектронов линейно возрастает с частотой ν излучения и не зависит от его интенсивности I.

3. Для каждого вещества существует такая минимальная частота ν0 (максимальная длина волны λ₀), называемая красной границей, что при ν < ν₀ (λ > λ₀) фотоэффект не наблюдается.

Эти закономерности полностью объясняются только квантовой теорией света, согласно которой электромагнитное излучение представляет собой поток материальных частиц, называемых фотонами. Фотон обладает энергией ε=hν, массой m=hν/c² и импульсом p=hν/c, где h − постоянная Планка; ν − частота монохроматического излучения; с − скорость света.

Согласно квантовой теории, элементарный акт внешнего фотоэффекта сводится к тому, что фотоны передают всю свою энергию электрону, который, обладая избыточной энергией, движется к поверхности тела. Используя закон сохранения энергии, можно записать уравнение Эйнштейна:

(165)

где А − работа выхода электрона из вещества; − максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона.

Приборы, преобразующие энергию света в электрическую, называются фотоэлементами. В данной лабораторной работе используется вакуумный фотоэлемент, представляющий собой стеклянный откачанный баллон, на внутреннюю поверхность которого нанесен слой фоточувствительного вещества (фотокатод). Анодом служит металлическое кольцо, расположенное в центре баллона. Свойства фотоэлемента и область его применения определяются в основном его вольтамперной и световой характеристиками.

Вольтамперная характеристика − это зависимость фототока i от напряжения U на фотоэлементе при постоянном световом потоке Ф. На рис. 59 показаны две вольтамперные характеристики, полученные для различных значений светового потока Ф. Как видно из рисунка, фототок насыщения i_н, который возникает при условии, когда все фотоэлектроны под действием электрического напряжения достигают анода, зависит от величины светового потока Ф.

Световая характеристика − это зависимость фототока i от величины светового потока Ф при постоянном напряжении U на фотоэлементе. Световая характеристика снимается при напряжении U, соответствующем току насыщения. Согласно закону Столетова, эта зависимость должна быть линейной, однако для реальных фотоэлементов она может быть искажена рядом побочных явлений.