Краткая теория исследуемого явления. Внешний фотоэффект, или фотоэлектронная эмиссия, заключается в испускании электронов веществом под действием света

Внешний фотоэффект, или фотоэлектронная эмиссия, заключается в испускании электронов веществом под действием света. Наименьшая энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы удалить его из вещества в вакуум, называется работой выхода А.

Если h – энергия кванта – больше работы выхода электрона из металла (h > А), то часть ее превращается в кинетическую энергию электрона

. (1)

Соотношение (1), называемое уравнением Эйнштейна, является основным законом фотоэффекта, выражающим закон сохранения энергии.

Очевидно, что при энергии фотона < А фотоэффект наблюдаться не будет. Частота света, при которой прекращается фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта ( = А или ).

Для наблюдения фотоэффекта пластина из материала, в котором исследуется фотоэффект, располагается в прозрачном сосуде, из которого откачан воздух. В этот же сосуд помещается второй электрод, выполняющий роль анода. Если при освещении исследуемой пластины – фотокатода между нею и анодом подать напряжение, то испущенные фотокатодом электроны будут притягиваться положительно зараженным анодом. Возникший фототок зависит не только от освещенности катода, но и от напряжения между катодом и анодом. Такая зависимость фототока i_ф от напряжения U при постоянном лучистом потоке Ф называется вольт-амперной характеристикой фотоэлемента. При некотором напряжении все вырываемые светом электроны (фотоэлектроны) достигают анода. При этом ток в цепи будет максимальным, его называют током насыщения: i_нас = nе, где n – число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, е – заряд электрона. При фотоэффекте каждый квант взаимодействует с одним электроном, отдает ему свою энергию и перестает существовать. Следовательно, число электронов n, выбиваемых из металла в единицу времени, пропорционально числу квантов N, падающих на металл. А так как световой поток , то

i_нас = СФ, (2)

где С – коэффициент пропорциональности.

Зависимость тока насыщения i_нас от величины лучистого потока Ф, падающего на фотоэлемент, называется световой характеристикой фотоэлемента. Соотношение (2), согласно которому ток насыщения пропорционален световому потоку, называют законом Столетова.