Досліди  Столєтова.  Зовнішній  фотоефект.

Після встановлення, що світло – це електромагнітна хвиля, всі неясності у хвильовій теорії були усунуті і вона мала певні переваги над корпускулярною теорією. І от у 1887 році Г.Герц виявив явище впливу електромагнітного випромінювання на електричні процеси.  Таке явище дістало назву фотоелектричного    ефекту    або    фотоефекту.

У 1888 році рос. фізик  О. Столєтов пропобив ряд дослідів, які дали змогу встановити певні закономірності даного явища.

Дослід 1.     У вибраного  електроскопа кулька замінюється цинковою пластинкою.  Цю пластинку  заряджають негативно  і, при опроміненні її ультрафіолетовими   променями,   спостерігається   розряджання   електроскопа.

Дослід  2.    Пластинку електроскопа заряджають позитивно. Тепер опромінювання   не   приводить   до   розряджання   електроскопа.

Дослід  3.  Опромінюється  незаряджений електроскоп. При цьому на ньому виникає   невеликий   позитивний   заряд.

З   проведених   дослідів  було зроблено висновок, що під дією випромінювання  з   металу   вилітають   негативні   заряди – електрони. Було також   встановлено,   що  таке    явище   має    місце   не  лише    для    металів,  а й    для    інших   твердих   речовин,   рідин   і   газів.

Отже,

явище    виривання    електронів    з    речовини   під    дією    випромінювання     називається    зовнішнім    фотоефектом.

Закони    фотоефекту.

Для одержання точних результатів електроскопа вже не достатньо. Тому використовується спеціальна лампа, непрозора для світла. З лампи викачане повітря, щоб  зіткнення електронів з молекулами повітря не вносили ускладнення в спостережувані явища. Світло у лампу подається через спеціальне кварцове віконечко. Це віконечко прозоре для видимого світла і для ультрафіолету. На електроди подається напруга..Якщо анод приєднати до позитивного полюса джерела, а катод до негативного, то при освітленні катода ультрафіолетовим промінням з катода вилітають електрони і під дією прикладеного електричного поля прямують до анода. Якщо поле досить сильне, то всі, вирвані за секунду  з катода, електрони  досягають анода. У колі лампи тече струм. Цей струм, який  називається  струмом насичення,  і вимірює фотострум. Якщо різницю потенціалів змінювати, то величина фотоструму буде змінюватися від найменшого значення, при напрузі рівній   нулю,  до найбільшого, рівного   струму   насичення . Збільшуючи   інтенсивність світлового   потоку,   можна помітити, що при цьому фотострум насичення зростає.   Отже,

Число   електронів,   вирваних    світлом    за   1   секунду   з   речовини, (тобто   фотострум   насичення - Ін)  прямо    пропорційне    величині світлового    потоку ( Ін  =  f ( Ф )).

Цей висновок називається першим законом фотоефекту або законом Столєтова.

Але навіть при відсутності поля між анодом і катодом фотострум існує. Це означає, що вирвані електрони володіють кінетичною енергією навіть при відсутності поля і можуть долітати до анода.Щоб затримати ці електрони, слід змінити полярність джерела. При цьому струм через лампу буде зменшуватися і при певному значенні зворотньої напруги припиниться цілком.

Те    значення   напруги,    при    якому    припиняється    фотострум, називається    затримуючою    напругою  - Uз.

 При  такій  напрузі  енергія  електричного  поля  стає  рівна  кінетичній  енергії   електрона:

mu² / 2  =  e Uз.

Тоді    можна    визначити    величину   швидкості    вирваних  електронів:

u  =  Ö 2 e Uз / m

тут    е  -  заряд електрона;   U  -  напруга  між  анодом  і  катодом;   m  -  маса електрона.

З формули видно, що енергія  вирваних світлом електронів не залежить від інтенсивності   світла,   яке   їх   вириває.

На дослідах було встановлено, що кінетична енергія фотоелектронів залежить лише  від   частоти    падаючого  світла. Це дає змогу   сформулювати   другий закон    фотоефекту:

Максимальна   кінетична   енергія   фотоелектронів   з   частотою   світла зростає   лінійно,   залежить   від   матеріалу   катода  і   не   залежить   від інтенсивності    світлового    випромінювання.

Якщо   на  електрод по черзі спрямовувати різні монохроматичні випромінювання, можна помітити, що із збільшенням довжини хвилі світла кінетична   енергія   вирваних електронів зменшується і при досить великій довжині   хвилі   фотоефект   припиняється.

Найбільша   довжина   хвилі   при   якій   ще   може   виникнути   фотоефект, називається   червоною   межею   фотоефекту   для   даного   матеріалу.

 Досліди   з   різними   матеріалами   катода   дали    можливість   встановити третій   закон   фотоефекту: