зовнішній фотоефект
Під зовнішнім фотоефектом розуміють процес вибивання електронів з речовини під дією світла. Фотоефект був відкритий Герцем в 1887 році і систематично досліджений Столєтова в 1888 - 1889 p Принципова схема установки для дослідження фотоефекту наведена на рис. 7.1.
На рис. 7.2 наведено сімейство вольт - амперних характеристик, знятих при одній і тій же частоті, але при різних потоках (интенсивностях) світла. За результатами досліджень були сформульовані такі закони
1.
2. Для кожної речовини існує червона межа фотоефекту # 957; К - така мінімальна частота падаючого випромінювання, нижче якої фотоефект не спостерігається.
Число фотоелектронів, що вириваються з катода за одиницю часу, пропорційно інтенсивності світла падаючого на катод при незмінному спектральному складі.
При поясненні першого і другого законів за допомогою класичної фізики виникли такі труднощі. Було абсолютно не зрозуміло, чому початкова швидкість вилітають з катода електронів залежить від частоти світла, а не від його інтенсивності. Згідно електромагнітної теорії виривання вільних електронів з металу повинно бути результатом їх «розгойдування» в електричному полі пучком. Збільшення інтенсивності, а, отже, і амплітуди світлової хвилі повинно призводити до збільшення початкової швидкості фотоелектронів.
Труднощі в тлумаченні першого і другого закону фотоефекту викликали сумнів в універсальної застосовності хвильової теорії світла і привели А. Ейнштейна до створення квантової теорії світла.
Ейнштейн розвинув ідею Планка про квантовий характер випромінювання атомами. Він припустив, що світло не тільки випромінюється, але також поширюється в просторі і поглинається речовиною у вигляді окремих порцій - квантів електромагнітного випромінювання. Ці кванти були названі фотонами. Процес поглинання світла речовиною зводиться до того, що фотони передають всю свою енергію частинкам речовини. Для виходу електрона з речовини він повинен виконати роботу виходу А. В результаті поглинання фотона електрон набуває енергію hv. Якщо hv ≥ А, то електрон може зробити роботу виходу і вирватися з металу. Відповідно до закону збереження енергії максимальна кінетична енергія фотоелектронів дорівнює
Це рівняння вперше було запропоновано Ейнштейном і називається рівнянням Ейнштейна для фотоефекту. Воно з успіхом пояснює сформульовані вище закони фотоефекту для невеликих інтенсивностей світла.