Внешний фотоэффект

Лекция №8

Фотоэффект. Давление света

План лекции:

1. Внешний фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение А.Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

2. Фотон, его энергия и импульс.

3. Применение внешнего фотоэффекта в технике.

4. Внутренний фотоэффект и его применение.

5. Давление света. Квантовое объяснение давления света.

6. Понятие о корпускулярно­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ – волновой природе света.

Вопрос 1. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение А.Эйнштейна

Внешний фотоэффект

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов поверхностью твердых тел и жидкостей под действием электромагнитного излучения.

Явление фотоэлектрического эффекта впервые обнаружил Г. Герц в 1887 году. Он заметил, что проскакивание искры между электродами разрядника облегчается, если отрицательно заряженный электрод осветить УФ – лучами. Дальнейшее экспериментальное исследование фотоэффекта было проведено в 1888 году В. Гальваксом (1859-1922) и в 1888-1890г. А. Г.Столетовым. В 1898г. Ф. Ленард (1862-1947) и Д.Д. Томсон определили заряд частиц, испускаемых поверхностью тел под действием света. Они установили, что частицы являются электронами, которые в дальнейшем будем называть фотоэлектронами. Принципиальная схема для исследования фотоэффекта показана на рис. 1

рис.1

В вакуумной трубке находятся 2 электрода: катод К из исследуемого вещества, на который падает свет, и анод А. Потенциометр П позволяет изменять значение и знак подаваемого на электроды напряжения U. Если направить на катод поток света, то в цепи возникает ток, который можно измерить с помощью микроамперметра. Полученные с помощью установки (рис. 1) вольт – амперная характеристика приведена на рис. 2.

рис.2

Кривые 1 и 2 соответствуют постоянным значениям светового потока, причем . Фототок I, начиная с определенного значения анодного напряжения , остается практически постоянным, т.е. достигает насыщения. Это означает, что при все электроны, вылетевшие из катода под действием, достигают анода. Оказывается, что если подать на фотокатод возрастающее напряжение противоположного знака, фототок будет постепенно уменьшаться и при некотором значении напряжения прекратится, здесь - задерживающее напряжение. Это значит, что вылетающие из катода фотоэлектроны обладают кинетической энергией, которая меньше некоторого максимально возможного ее значения , причем очевидно, что:

(1)

Основные закономерности фотоэффекта в 1888 г. установил русский физик А.Г. Столетов. Исследования Столетова и других ученых привели к установлению следующих основных законов внешнего фотоэффекта:

1. Фототок насыщения I (т.е. максимальное число электронов освобождаемых светом в 1с) прямо пропорционален световому потоку:

(2)

где К – фото чувствительность освещаемой поверхности, которая измеряется в мкА/лм