Дослідження О. Г. Столєтова

Виривання електронів з поверхні речовини під дією електромагнітної хвилі називається зовнішнім фотоефектом.

Існує внутрішній, зовнішній та ядерний фотоефект.

Випадок, коли електрон переходить з однієї енергетичної зони в іншу, не покидаючи речовини, називають внутрішнім фотоефектом.

Ядерний фотоефект - це виривання складових ядра (нукло­нів) під дією g-випромінювання.

Явища зовнішнього фотоефек­ту відкриті в 1883 році Герцем. Він спостерігав розряд між двома кульками і помітив, що той "покращується", якщо опромінюва­ти кульку світлом, проте Герц не пояснив цього явища.

Закономірності фотоефекту досліджував Столєтов. Його дослід (рис. 1.5) з виявлення фотоефекту полягає в тому, що в колбу, де створено технічний вакуум, впаяні катод та анод. Через отвір в колбі на катод падає світло. До колби паралельно підключено вольтметр V, послідовно - гальванометр мА, який фіксував виникнення струму.

Унаслідок цих досліджень була встановлена вольт-амперна характеристика залежності фотоструму від напруги (рис. 1.6). Досліди з чутливим гальванометром показали, що потік електронів від освітленого катода досягає анода і без прискорюючої напруги між ними (значення І₀).

І₀ – струм, який спостерігається у колі при умові, що напруга між катодом і анодом дорівнює 0.

Струм у колі спостерігається тому, що з поверхні катоду вириваються електрони з кінетичною енергією, достатньою, щоб за її рахунок дістатися аноду. Щоб звести фотострум до нуля, довелося прикласти до електродів, у приладі Столєтова, деяку гальмуючу напругу U_З (рис. 1.6). Очевидно, електрони, що вивільнялися з катода під дією світла, дістали певну швидкість (кінетичну енергію), яку можна було визначити за величиною гальмуючої напруги U_З (тобто кінетична енергія електрона витрачається на роботу проти сил електростатичного поля, яке створене між катодом та анодом), а саме: кінетична енергія електрона дорівнює

,

тоді як робота проти сил електростатичного поля визначається:

,

тобто

,

де U_З − затримуюча різниця потенціалів.

При збільшенні напруги між катодом і анодом збільшується енергія електричного поля. Кількість електронів, які будуть досягати анода в одиницю часу, буде збільшуватися, а тому струм у колі буде зростати.

При певному значенні напруги кількість вирваних електронів з поверхні катода за одиницю часу буде рівна кількості електронів, які досягли поверхні аноду за цей самий проміжок часу. Тому, при подальшому збільшенні напруги, струм у колі залишається постійним і називається струмом насичення. Величина струму насичення залежить від матеріалу катоду.

Сила струму насичення І_н визначається кількістю електронів, які “вириваються” з поверхні катоду за одиницю часу під дією електромагнітної хвилі (світла).

Закономірності фотоефекту за Столєтовим.

1. Кількість електронів, що вириваються світлом за 1 с, прямопропорційна величині світлового потоку, що падає на катод (метал).

2. Максимальна початкова енергія фотоелектронів визначається лише частотою опромінення і не залежить від його інтенсивності.

3. Незалежно від інтенсивності світла, фотоефект починається тільки при певній частоті (довжині хвилі) опромінення n; якщо n < n_о, (n_о - мінімальна частота, при якій виникає фотоефект), то фотоефект не виникає, при n > n_о - виникає (n_о залежить від речовини, з якої виготовлений катод). Частоту n_о називають “червоною межею” фотоефекту.

4. Фотоефект - явище безінерційне (дослідження показали, що час між паданням світла і виходом електронів з металу не перевищує 10^-8 с).

Поиск по сайту: