Заняття № 59 ____2011р

Тема: Зовнішній фотоелектричний ефект. Досліди О. Г. Столєтова. Закони зовнішнього фотоефекту. Внутрішній фотоефект та його особливості. Фотоелементи з зовнішнім і внутрішнім фотоефектами. Фотоопори; застосування їх у техніці (оптичний звукозапис, відтворення звуку в кіно, використання в різноманітних автоматичних пристроях). Фізичні основи телебачення.

Основні положення та означення.

1. Зовнішнім фотоелектричним ефектом або фотоефектом називається явище виривання електронів з поверхні речовини під дією світла. Це явище відкрив у 1887р. Генріх Герц.
2. Вивченню фотоефекту присвячені праці О.Г.Столєтова, Ф.Ленарда, Дж.Томсона, А.Ф.Іоффе.

(Прилад, за допомогою якого О.Г.Столєтов досліджував фотоефект, являв собою плоский конденсатор, одна з обкладинок якого виготовлене з дротяної сітки, а інша – суцільною пластиною. Цей конденсатор був послідовно включеним у коло, в яке входили гальванометр і батарея. Позитивний полюс батареї був з’єднаним з пластиною з дротяної сітки. Світло, яке проходило крізь сітку, падало на суцільну пластину. Внаслідок цього у колі виникав струм, який реєструвався гальванометром. Столєтов показав, що заряди, які випускаються під дією світла, є негативними.

1. Ленард сконструював прилад для вивчення фотоефекту, в якому електроди були розміщені у вакуумний балон з кварцовим віконцем, через яке світло попадало на катод, виготовлений з досліджуваного матеріалу. Прилад вмикався у ланцюг послідовно з потенціометром та гальванометром, що дозволяло змінювати прикладену до катода і анода різницю потенціалів, яка вимірювалася вольтметром, підключеного паралельно приладу. Паралельно потенціометру була приєднана батарея.
2. В 1905 році А.Ейнштейн розробив теорію, що базується на корпускулярній природі світла. Виходячи з припущення про існування квантів світла, Ейнштейн отримав рівняння фотоефекту: або

(називають формулою Ейнштейна, є законом збереження енергії)

згідно з яким енергія фотона, що поглинається речовиною, при вириванні одного електрона дорівнює роботі виходу електрона плюс кінетична енергія .

1. Робота виходу — найменша енергія, яку потрібно надати електрону, щоб вилучити його з твердого тіла або рідини у вакуум. Робота виходу дуже чутлива до стану поверхні металу, зокрема до її чистоти. Тому, якщо підібрати відповідне покриття, можна тим самим значно знизити роботу виходу.
2. Фотоефект може мати місце лише при , тобто енергія світлового кванта повинна перевищувати роботу виходу або дорівнювати їй. Внаслідок цього, для частоти падаючого світла повинно виконуватися співвідношення або

7. Частота , або довжина хвилі , називається червоною (довгохвильовою) межею фотоефекту. Фотоефект можливий, якщо або .

8. Зовнішній фотоефект підпорядковується таким законам:

• а) фотострум насичення пропорційний освітленості фотокатода;

• б) енергія вибитих електронів і максимальна їх швидкість залежать лише від частоти падаючого світла. Із збільшенням частоти енергія фотоелектронів лінійно зростає;

• в) число фотоелектронів пропорційне інтенсивності світла.

9. Щоб припинити зовнішній фотоефект, потрібно прикласти негативне затримуюче поле . При цьому , де — маса електрона, — найбільша швидкість електронів, які вилітають з катода.

10. Максимальна швидкість фотоелектронів, що експериментально з’ясоване в 1905 році, не залежить від інтенсивності світла, а залежить лише від частоти. Цей факт знаходився у суперечності з класичними уявленнями, оскільки відповідно до класичних понять швидкість повинна збільшуватися з амплітудою, а отже, і з інтенсивністю електромагнітної хвилі.

11. Крім зовнішнього фотоефекту, можливий внутрішній фотоефект, при якому електрони, знаходячись у речовині, змінюють свій енергетичний стан під дією світла. В результаті електрони при певних умовах з валентної зони переходять в зону провідності і, як наслідок, збільшується електро-провідність речовини.

12. В газах явище фотоефекту полягає в фотоіонізації, при якій відбувається іонізація атомів і молекул під дією випромінювання.