23. Билет №19

Фотоэлектрический эффект. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями — квантами (или фотонами). Энергия каждого фотона определяется формулой Е = hν, где h — постоянная Планка, равная 6,6310^-34 Джс, ν — частота света. Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явление фотоэффекта, открытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Герцем и изученного экспериментально русским ученым А. Г. Столетовым.

Фотоэффект — это явление взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия излучения полностью передается электронам вещества.Различают внешний фотоэффект – сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества и внутренний – не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества. Внешний фотоэффект также называют фотоэмиссией.

В результате исследований Столетова были установлены три закона внешнего фотоэффекта:

1. Сила тока насыщенияI_н, определяемая максимальным числом электронов, вырываемых из катода за единицу времени, прямо пропорциональна интенсивности Iпадающего светового излучения.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов E_K^maxлинейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивностиI.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты_min, то фотоэффект не происходит.

Зависимость фототока от напряжения показана на рисунке.

I_Ф, А

I_нас

U_З 0 U_нас U, В

Развивая идеи Планка для объяснения экспериментальных законов фотоэффекта Эйнштейн в 1905 г создал теорию фотоэффекта. Гипотеза Эйнштейна: свет поглощается и перемещается в виде отдельных порций – квантов и является совокупностью движущихся фотонов. Фотон – элементарная частица, не имеющая массы, движущаяся со скоростью света, обладающая энергией кванта и импульсом.

По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию h. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (Авых). Работа выхода — это энергия, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: = h - А_вых. Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна.

Это уравнение объясняет законы внешнего фотоэффекта:

1. Чем больше интенсивность излучения, тем больше число падающих фотонов, тем больше электронов вылетает из металла;

2. Чем больше частота излучения, тем больше максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов; = |e|U_З;

3. А_вых = h_min, если частота падающего излучения меньше _min, то испускания электронов не происходит.