![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Опыты Столетова[f]. Законы фотоэффекта.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Фотоэлектрическим эффектом или фотоэффектом называется испускание электронов вещества под действием света. Другое определение: фотоэффектом называется освобождение (полное или частичное) электронов от связей с атомами или молекулами вещества под действием света (видимого, ИК, УФ).
Если же электроны теряют связь только со “своими” атомами и молекулами, но остаются внутри освещаемого вещества в качестве “свободных электронов” (частичное освобождение), увеличивая тем самым электропроводность вещества, то фотоэффект называется внутренним (открыт в 1873г. американским физиком У. Смитом). Подробное исследование внешнего фотоэффекта было проведено А.Г. Столетовым (1839-1896) на установке, схематически показанной на рисунке 2.1., в результате чего были установлены следующие закономерности: 1. испускаемые под действием света заряды имеют знак минус («-»); 2. наибольшее действие оказывают УФ-лучи; 3. величина испущенного телом заряда пропорциональна поглощенной энергии.
Сила тока насыщения Jн определяется количеством электронов (е), испускаемых катодом за единицу времени под действием света. Изменяя в этом опыте световой поток, удалось установить: I закон фотоэффекта: при неизменном спектральном составе падающего на катод света сила тока насыщения (т.е. количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1сек) прямо пропорционально световому потоку. Характерной особенностью рассматриваемого явления является то, что в цепи возникает ток, когда разность потенциалов между катодом (К) и анодом (А) равна нулю («0»). Это означает, что электроны, вылетевшие с катода, обладают такой энергией, что ее достаточно для совершения работы по преодолению сопротивления между катодом и анодом. Вместе с тем это означает, что свет является своеобразной фотоэлектродвижущей силой, поэтому по аналогии с гальванометрами и термоэлементами устройства, в которых ЭДС генерируется за счет света, называются фотоэлементами. Для того чтобы фототок стал равным нулю, нужно приложить задерживающее напряжение Uз. (его также называют задерживающим потенциалом). При таком напряжении ни одному из электронов, даже обладающему при вылете с катода наибольшим значением скорости, не удается преодолеть задерживающее поле. Следовательно, Если бы все фотоэлектроны имели бы одинаковую скорость “v”, то · при условии · при условии · при условии Однако опыт показывает, что фототок плавно уменьшается по мере увеличения задерживающего поля. Следовательно, фотоэлектроны имеют различные скорости. На опыте было обнаружено, что Uз. не зависит от величины светового потока и для данного материала катода определяется частотой падающего на него излучения. Отсюда: II закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности. Из экспериментальных данных было получено, что
где U0 – зависит от свойств и материала катода; k=const.
Итак, если
III закон фотоэффекта: независимо от интенсивности падающего света фотоэффект начинается только при определенной (для данного металла) минимальной частоте света, называемой “красной границей” фотоэффекта. Полученные экспериментальные результаты нельзя никак объяснить, оставаясь в рамках классической физики, на основе волновой теории. А именно: 1) Предположив, что электрон вылетает из металла под действием световой волны, нужно рассматривать ее как некоторую вынуждающую силу, амплитуда которой должна определять vmax вылетевших электронов. Следовательно, Uз. пропорциональна световому потоку и ve должна увеличиваться с ростом интенсивности света, что противоречит II закону фотоэффекта. 2) Непонятна также зависимость Uз. от частоты падающего света. Согласно волновой теории свет любой частоты, но достаточно большой интенсивности должен был бы вырывать электроны из металла, иначе говоря, не должно было бы существовать “красной границей” фотоэффекта. Эйнштейн показал, что все эти противоречия снимаются, если описанные явления рассматривать с позиций квантовой теории.
|