Явление внешнего фотоэффекта. Законы А.Г. Столетова для внешнего фотоэффекта.  Уравнение А. Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Краткий ответ

   Фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) - это явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

    Законы фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.
3. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота ν_min, при которой еще возможен внешний фотоэффект.
4. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.

      Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: 

   hν - энергия кванта электромагнитного излучения

   ν - частота электромагнитного излучения

   А_вых - работа выхода для данного вещества

    - кинетическая энергия фотоэлектрона

   Читается оно так: энергия поглощенного кванта идет на работу выхода электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии.

Развернутый ответ

   Фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) - это явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

   Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем, в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым и в 1905 г. объяснен А. Эйнштейном.

Схема экспериментальной установки для исследования фотоэффекта изображена на рисунке.

   В экспериментах использовался стеклянный вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, поверхность которых была тщательно очищена. К электродам прикладывалось некоторое напряжение U, полярность которого можно было изменять с помощью двойного ключа. Один из электродов (катод K) через кварцевое окошко освещался монохроматическим светом некоторой длины волны λ, и при неизменном световом потоке снималась зависимость силы фототока I от приложенного напряжения.

   Столетов заметил, что при увеличении напряжения между катодами фототок увеличивается, но после определенного значения напряжения, фототок больше не изменяется ( при неизменной интенсивности света). Ток достигает своего насыщения.

   Iн - фототок насыщения, устанавливается тогда, когда все электроны, вырываемые светом с поверхности катода за секунду, достигают анода за это же время.

   Даже когда напряжение между катодом и анодом отсутствует, фототок появляется при осещении катода. Это означает, что часть электронов, вырванных из вещества,  все же достигают анода. Если поменять полярность электродов, то при некотором напряжении фототок прекращается. Это напряжение назвали задерживающим (или запирающим) напряжением - Uз.

   С помощью этой установки Столетовым были установлены следующие законы фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.
3. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота ν_min, при которой еще возможен внешний фотоэффект.
4. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.

   Все эти закономерности фотоэффекта в корне противоречили представлениям классической физики о взаимодействии света с веществом. Выход был найден А. Эйнштейном в 1905 г. Теоретическое объяснение наблюдаемых закономерностей фотоэффекта было дано Эйнштейном на основе гипотезы М. Планка о том, что свет излучается и поглощается определенными порциями, причем энергия каждой такой порции определяется формулой E = hν, где h – постоянная Планка. 

   Эйнштейн получил формулу: , где

hν - энергия кванта электромагнитного излучения

ν - частота электромагнитного излучения

А_вых - работа выхода для данного вещества

- кинетическая энергия фотоэлектрона

   Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. Читается оно так: энергия поглощенного кванта идет на работу выхода электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии.