Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта    - Оптика. Элементы квантовой механики. Лекции.

Испускание электронов веществом под действием света называется внешним фотоэффектом. А.Г. Столетов (1988 г.) экспериментально исследовал фотоэффект. Схема опыта представлена на рис. 1. Плоский конденсатор, одной из пластин которого служила медная сетка С, а в качестве второй цинковая пластина К, был включен через гальванометр G в цепь аккумуляторной батареи. Напряжение между пластинами измерялось вольтметром. При освещении отрицательно заряженной пластины К светом, в цепи возникал электрический ток, называемый фототоком.      

На рис. 2. приведены зависимости фототока I от напряжения U между электродами при различных интенсивностях света (энергетической освещенности E).

Столетов установил следующие закономерности внешнего фотоэффекта:

1. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества (катода) существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота v0, при которой еще возможен фотоэффект.

3. Фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности Е катода.

         Первые два закона не удается объяснить на основе классической теории, согласно которой вырывание электронов из катода является результатом их «раскачивания» электромагнитной волной, которое должно усиливаться при увеличении интенсивности света.

         Внешний фотоэффект хорошо объясняется квантовой теорией. Согласно этой теории, электрон получает сразу целиком всю энергию фотона  e=hv, которая расходуется на совершение работы выхода электрона из вещества (катода) и на сообщение электрону кинетической энергии:

                                                        .                           (7)

         Это  уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

         Из (7) следуют все законы Столетова. В частности, максимальная начальная скорость электронов определяется из соотношения , т.е зависит только от частоты v и материала катода (АВЫХ).

         Красная граница v0 соответствует vmax=0

                                                        hv0=AВЫХ,   v0=AВЫХ/h.                              (8)

         При v>v0 (или при l<l0) фотоэффект наблюдается, при v<v0 (или при l>l0) – фотоэффект не наблюдается.