Законы фотоэффекта

I. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света (закон Столетова).

II. Максимальная начальная скорость (максимальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а линейно возрастает с его частотой ν.

III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота ν_min света (зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

Принципиальная схема для исследования фотоэффекта представлена на рис. 10.1.

Свет

Рис. 10.1

K

A

mA

V

R

+

+

-

-

Рис. 10.2

I

I _нас

-U₃

U

Свет

Рис. 10.1

K

A

mA

V

R

+

+

-

-

Рис. 10.2

I

I _нас

-U₃

U

Фототок насыщения — I _нас — определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода.

Задерживающее напряжение — U₃. При U = U₃ ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода:

.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Это уравнение выведено на основе квантовой теории фотоэффекта, согласно которой свет частотой v не только испускается, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых:

,

где ν — частота падающего фотона; h — постоянная Планка.

Уравнение Эйнштейна:

.

Энергия падающего фотона расходуется на работу выхода А электрона из металла и на сообщение вылетающему электрону максимальной кинетической энергии.

Это уравнение можно записать также в виде:

,

где U₃ — задерживающее напряжение; ν _min — минимальная частота, при которой фотоэффект еще возможен.

Красная граница фотоэффекта

,,

где λ _max — максимальная длина волны падающего света (ν _min— соответственно минимальная частота), при которой фотоэффект еще возможен.

Работа выхода выражается в электронвольтах: 1эВ=1,6 • 10^-19 Дж.