Фотоэффект — испускание электронов веществом под действием света.
Вылетевшие электроны называют фотоэлектронами, а создаваемый ими электрический ток — фототоком. Фотоэффект относится к явлениям, в которых проявляются корпускулярные свойства света, описываемого как поток фотонов.
Опыты А. Г. Столетова
В установке для исследования фотоэффекта внутри вакуумной колбы находятся два электрода: освещаемый катод и анод . Свет через кварцевое окно падает на внутреннюю поверхность катода; из этой освещённой поверхности вылетают фотоэлектроны. Электрическое поле направляет часть фотоэлектронов к аноду, а миллиамперметр измеряет фототок.
В опытах можно независимо изменять:
- напряжение между катодом и анодом;
- интенсивность падающего света;
- частоту света.
Это позволяет выяснить, от чего зависят число вылетающих электронов и их максимальная кинетическая энергия.
Зависимость фототока от напряжения
Если анод положителен относительно катода, электрическое поле помогает фотоэлектронам двигаться к аноду. При увеличении напряжения фототок растёт, а затем достигает тока насыщения : все выбитые из катода электроны, которые могут попасть на анод, уже участвуют в токе.
Если полярность напряжения изменить, поле начинает тормозить фотоэлектроны. Фототок уменьшается и при некотором задерживающем напряжении становится равным нулю. По задерживающему напряжению можно судить о максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.
Важно
Ток насыщения характеризует число электронов, вылетающих из катода за единицу времени, а задерживающее напряжение — максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов. Это разные характеристики опыта.
Законы фотоэффекта
Первый закон
При неизменной частоте света число фотоэлектронов, вылетающих за единицу времени, прямо пропорционально интенсивности падающего света. Поэтому ток насыщения увеличивается с интенсивностью света.
Второй закон
Для данного вещества максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
Третий закон
Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта — наименьшая частота света, при которой фотоэффект ещё возможен. Если частота ниже красной границы, фотоэффект не возникает даже при очень большой интенсивности света.
Красной границе соответствует наибольшая длина волны, при которой ещё наблюдается фотоэффект. Её значение зависит от вещества катода.
Не путать
- Увеличение интенсивности света увеличивает число фотоэлектронов и ток насыщения, но не максимальную кинетическую энергию электронов.
- Увеличение частоты света увеличивает максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, но само по себе не определяет их число.
- Ток насыщения возникает при ускоряющем напряжении, а задерживающее напряжение полностью прекращает фототок.
- Красная граница различна для разных веществ: это не одна и та же частота для всех катодов.
Коротко
Фотоэффект — испускание электронов веществом под действием света. Опыты Столетова показали: ток насыщения растёт с интенсивностью света; максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов растёт с частотой и не зависит от интенсивности; для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта.
Энергетический баланс при фотоэффекте описывает уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.