Вопрос 1. Основные законы внешнего фотоэффекта.

Исследования внешнего фотоэффекта у металлов показали, что результаты эксперимента зависят не только от химической природы металла, но и от состояния его поверхности. Даже ничтожные загрязнения поверхности металла существенно влияют на эмиссию (испускание) электронов под действием света. Поэтому для изучения фотоэффекта пользуются вакуумной трубкой.

Принципиальная схема для исследования фотоэффекта приведена на рис. 17.1. Два электрода (катод К из исследуемого материала и анод А, в качестве которого Столетов применял металлическую сетку) в вакуумной трубке подключены к батарее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом через кварцевое стекло, измеряется включенным в цепь миллиамперметром.

Вольт-амперные характеристики фотоэффекта, т.е. зависимости фототока I, образуемого потоком электронов, от напряжения, приведенные на рис. 17.2., соответствуют двум различным значениям светового потока, причем . Частота света в обоих случаях одинакова. По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода.

Рис.17.1 Рис. 17.2

Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями.

Максимальное значение фототока насыщения I_нас определяются таким значением напряжения , при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода. Из рисунка следует, при U = 0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые из катода, обладают некоторой начальной скоростью V, а значит и отличной от нуля кинетической энергией, поэтому они могут достигнуть катода без внешнего поля. Для того, чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение Uз. При U =Uз ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью V_max , не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно,

(17.1)

т.е. по задерживающему напряжению Uз , можно определить максимальные значения скорости и кинетической энергии фотоэлектрона.

При изучении вольт-амперных характеристик разнообразных материалов при разных частотах падающего на катод излучения и разных энергетических освещенностях катода и обобщении полученных данных были установлены три закона внешнего фотоэффекта − законы

А. Столетова:

1. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила тока насыщения пропорциональнаосвещенности катода).