Опытные законы внешнего фотоэффекта

Внешний фотоэффект (ФЭ) был открыт случайно Генрихом Герцем(1888) в его опытах по обнаружению ЭМ-волн, предсказанных теорией Максвела. Герц обнаружил, что при освещении отрицательного электрода искрового разрядника УФ-лучами, разряд происходит при меньшем напряжении между электродами.

В 1888-1889 гг. А.Г. Столетов провел систематическое исследование ФЭ на установке, представлявшей собой конденсатор с сеточной (анод) и сплошной (катод) пластинами. При освещениии сплошной пластнины светом в цепи возникал электрический ток, регистрируемый гальванометром G. На основании опытов Столетов пришел к следую­щим выводам относительно ФЭ:

1. Наибольшее действие оказывают УФ-лучи.

2. Сила тока возрастает с увеличением освещенности пластины.

3. Испуcкаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак.

 

В 1898 г. (через 10 лет после опытов Столетова) Ленард и Дж. Дж. Томпсон провели более тщательное исследование ФЭ. Установка, использованная Ленардом, представляла собой откачанный баллон с окошком для пропускания световых лучей, изготовленным из кварца. Кварц в отличие от стекла пропускает УФ-лучи. Свет через окошко падал на катод, изготовленный из исследуемого материала.

 

На установке были получены: вольтамперная характеристика ФЭ зависимость фототока I от напряжения U между анодом и катодом) и зависимость задерживающей разности потенциалов U _з, при которой прекращается ФЭ, от частоты падающего света ν (см.рис.)

При исследовании ФЭ были выявлены следующие закономерности.

1. При увеличении U между А и К фототок быстро достигает максимального значения I _н, называемого током насыщения.

2. При увеличении освещенности Е катода фототок увеличивается, при этом I _н = kE.

3. Фототок имеет место при U = 0.

4. Для прекращения ФЭ надо приложить задерживающую разность потенциалов или задерживающее (запирающее) напряжение U _з, которое не зависит от освещенности Е катода, то есть независмо от освещенности катода все ВАХ начинаются при одном и том же значении U _з.

5. При освещении катода светом разной частоты задерживающая разность потенциалов U _з увеличивается линейно с частотой света ν (см.график)

6. Существует минимальная частота света ν ₀, при которой начинается ФЭ. Эту частоту называют красной границей ФЭ. Для разных веществ красная граница ФЭ различна.

Как показал опыт, частицы, вылетающие из катода, являются отрицательно заряженными, а их удельный заряд (q / m) совпадает с удельным зарядом электрона.