3. Фотоэффект и его виды. Опыты Герца, Столетова. Законы внешнего фотоэффекта.

В 1887 году Генрих Герц обнаружил, что под действием света с поверхности любых тел могут вырываться электроны. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом или фотоэффектом, а электроны, освобождаемые при фотоэффекте, называют фотоэлектронами.

Виды фотоэффекта: внутренний, внешний, … ?

Опыты Герца. (в 1887 году фотоэффект им был открыт случайно – при исследовании электромагнитных волн, предсказанных теорией Максвелла. Конструируя приёмник электромагнитных волн (диполь Герца), он по-разному воздействовал на его шарики и промежуток между ними, чтобы облегчить приём сигнала. С этой целью он освещал их ультрафиолетовыми лучами и заметил, что при освещении отрицательно заряженного шарика проскакивание искры между шариками облегчается.) Теория Максвелла не только предсказало существование электромагнитных волн, но и указало условие, необходимые для успеха опытов: достаточно высокая частота электрических колебаний и открытая форма цепи. Герц, предпринимая в 1888 году свои опыты, постарался выполнить эти условия: он заменил колебательный контур прямолинейным вибратором. Для возбуждения электрических колебаний в то время был известен только один способ – искровой разряд. Вибратор имеет по середине разрыв – искровой промежуток, к концам которого подводится напряжение от повышающего трансформатора. В вибраторе возникают регулярно повторяющиеся вспышки высокочастотных затухающих колебаний. Период этих колебаний и, следовательно, длина излучаемых электромагнитных волн задаются размерами вибратора. Для обнаружения волн Герц использовал второй вибратор с гораздо меньшей длиной искрового промежутка (доли мм вместо 7.5 мм в излучающем вибраторе), кроме такого приемного вибратора, применялся и приемный виток, согнутый из проволоки в виде прямоугольника и тоже прерванный очень малым искровым промежутком. Под действием электромагнитной волны в этих приемниках возникают вынужденные колебания. Если приемники (вибратор или виток) настроены в резонанс на частоту излучателя, то при опред. условиях, в их искровых промежутках проскакивают очень маленькие и слабые искорки. Набл. появление или отсутствие таких искорок при различных условиях излучения и распр. волн, а также при различных расположениях приемников, можно было судить о свойствах наблюдаемых волн.

Таким образом, опыты Герца подвели прочную основу под теорию Максвелла: электромагнитные волны, предсказанные Максвелловсой теорией оказались реализованными на опыте. IE(polnaya)=I² R(poleznaya)+I² r(teryaemaya)

Опыты Столетова: первые экспериментальные исследования фотоэффекта были проведены русским учёным Столетовым. Для исследования фотоэффекта можно использовать установку:

В эвакуированный баллон помещены два электрода – анод А и катод К. При освещении катода ультрафиолетовыми лучами (через кварцевое окошко) из него вырываются фотоэлектроны и перемещаются под действием электрического поля к аноду. Изменяя напряжение между анодом и катодом с помощью потенциометра П, можно получить зависимость силы фототока от напряжения – вольт – амперную характеристику: .

На этом графике изображена вольт – амперная характеристика при фиксированной частоте падающего излучения, но разных интенсивностях. Когда напряжение между электродами равно 0, имеется некоторый малый фототок I ₀.

Это означает, что при освещении катода определённое число электронов, испускаемых в направлении анода с конечными скоростями, могут долетать до анода «самостоятельно», без воздействия ускоряющего поля. Законы фотоэффекта: (Законы Столетова).

1. Сила фотоэлектрического тока пропорциональна мощности падающего электромагнитного излучения.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличение частоты падающего света и не зависит от мощности светового излучения.

3. Фотоэффект не происходит, если частота света меньше некоторого значения, определённого для данного вещества (красная граница фотоэффекта).