Фотоэффект заңдары

(1) Столетов заңы: түскен жарықтың жиілігінің бекітілген (тұрақты) мәнінде бірлік уақыт ішінде фотокатодтан шыққан фотоэлектрондар саны жарық интенсивтілігіне пропорционал (қанығу фототок күші катодтың энергетикалық жарықталуына пропорционал).

(2) Фотоэлектрондардың бастапқы максимал жылдамдықтары түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, тек жарықтың жиілігімен анықталады.

(3) Әр зат үшін фотоэффекттің қызыл шегарасы бар – одан төмен мәнде фотоэффект мүмкін болмайтын жарық жиілігінің минимал мәні (заттың химиялық құрылымына және зат бетінің күйіне байланысты).

Фотоэффект механизмін түсіндіру үшін Эйнштейн өз жорамалын ұсынды. Эйнштейн жорамалы бойынша жиілігі жарық тек бөлек кванттар ретінде шығарылып қоймай, сонымен қатар кеңістікте таралып, затпен бөлек порциялар (кванттар) ретінде жұтылады. Кванттардың энергиялары:

Вакуумда с жарық жылдамдығымен таралатын жарық кванттары фотондар деп аталады.

Түскен фотонның энергиясы электронның металданшығу үшін істелінетін шығу жұмысынаА және ұшып шыққан фотоэлектронға кинетикалық энергия беру үшін жұмсалады. Сыртқы фотоэффектке арналған Эйнштейн теңдеуі:

Бұл теңдеу фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігін түсіндіреді (2-заң). Фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясы нольге тең болатын жарықтың шектік жиілігі:

(немесе )

Фотоэффекттің қызыл шегарасы болып табылады (3-заң).

Эйнштейн теңдеуінің басқаша түрде жазылуы:

Суретте алюминий, мырыш және никель үшін фотоэлектрондардың максимал кинетикалық энергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігі көрсетілген. Барлық түзулер бір-біріне параллель, туындысы катод материалына байланысты емес және сан мәні жағынан h Планк тұрақтысына тең. Ординат осі боымен алынған кесінділер сан мәні бойынша электрондардың сәйкесінше металлдардан А шығу жұмысына тең.

Фотондардың бар болуы Боте тәжірибесінде көрсетілген. Екі счетчиктің Сч арасына қойылған жұқа металл фольга Ф қатты сәулелену нәтижесінде рентген сәулелерін шығарды. Егер шыққан рентген сәулесінің энергиясы барлық жаққа бірқалыпты таралатын болғанда, онда екі счетчик бір уақытта жұмыс істеу керек еді және қозғалмалы Л лентада М маркерлерімен сызылған синхронды белгілер пайда болу керек еді. Шын мәнінде белгілер ретсіз орналасқан болып шықты. Яғни әрбір сәуле шығару кезінде не бір бағытқа, не басқа бағытқа ұшатын жарық бөлшектері (фотондар) пайда болады.