Федун В.И. Черновик конспекта лекций по физике Основы квантовой оптики

1. 2. Фотоэффект

1. 2. 1. Открытие фотоэффекта.

Г.Герц (1887г.) исследовал электрический пробой воздуха. Он обнаружил, что пробой происходит при меньшем напряжении, если освещать цинковые шары разрядника ультрафиолетовым излучением. В дальнейшем выяснилось, что причина этого – вырывание электронов из проводника под действием падающего света. Это явление назвали фотоэффектом.

Первое обстоятельное исследование фотоэффекта было выполнено в 1888-1890 гг. А.Г.Столетовым.

В 1898 г. Дж.Дж.Томсон и Ф.Леннард, наблюдая отклонение испускаемых освещенной поверхностью металла частиц в электрическом и магнитном полях, измерили отношение заряда этих частиц к массе.

1. 2. 2. Закономерности фотоэффекта: результаты экспериментов и возможные зависимости в рамках классической физики.

Рисунок 1.	Рисунок 2.

Для исследования закономерностей фотоэффекта используют установку, схематически показанную на рисунке 1.

В сосуде поддерживается высокий вакуум. При освещении металлической пластины через кварцевое окно в цепи возникает ток

	(фототок), измеряемый гальванометром . Явление в сильной степени зависит от чистоты освещаемой поверхности, поэтому в точных опытах используют свежие поверхности (срезы или поверхности, напыленные в вакууме). Для зависимости силы фототока от приложенного напряжения при неизменном световом потоке (см. рис. 2) характерно существование участка тока насыщения ,
Рисунок 3.

когда все освобождаемые светом электроны (фотоэлектроны) достигают анода, и участка нарастания, начинающегося при некотором значении задерживающего напряжения . По измерениям можно определить максимальную скорость фотоэлектронов с помощью соотношения

.

Измерения задерживающей разности потенциалов при освещении катода монохроматическим светом дают линейную зависимость этих величин (см. рис. 3).

Полученные в опытах результаты не смогли найти объяснения в рамках классической физики.

	результаты экспериментов	возможные зависимости в рамках классической физики
1.	Зависимость фототока от интенсивности света
	Фототок насыщения пропор­ционален величине светового потока; скорость и кинетическая энергия фотоэлектронов не зависят от интенсивности	Чем выше интенсивность световой волны , тем больше энергия электронов.
2.	Зависимость порогового тока
	фотоэффект носит пороговый характер: при длине волны излучения, большей ("красная" граница), электроны не выбиваются. Значениене зависит от величины светового потока.	Вырывание электронов носит пороговый характер. Условие не может быть выполнено при малых интенсивностях.
	Безинерционность появления фототока
	даже при очень малой интенсивности света фотоэлектроны появляются практически сразу после начала освещения (безинерционно),	по классическим представлениям, в таких случаях требуется конечное (экспериментально регистрируемое) время, чтобы электрон мог накопить необходимую энергию.
3.	Зависимость фототока от частоты (длины волны) света
	значение энергии электронов с увеличением частоты света не уменьшается, а растет. Причем растет линейно.	При постоянной интенсивности увеличение частоты падающей волны снижает энергию выбиваемых электронов.