ФОТОЭФФЕКТ

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально Г. Герцем

Планк Макс ( ) великий немецкий физик-теоретик, основатель квантовой теории- современной теории движения, взаимодействия и взаимных превращений микроскопических частиц.

Биография Альберта Эйнштейна ( ) Ученый внес большой вклад в развитие квантовой теории. В его теории фотоэффекта свет рассматривается как поток квантов (фотонов). Существование фотонов было подтверждено в 1923 г. в экспериментах американского физика А. Комптона. Эйнштейн установил основной закон фотохимии (закон Эйнштейна), по которому каждый поглощенный квант света вызывает одну элементарную фотохимическую реакцию. В 1916 г. он теоретически предсказал явление индуцированного (вынужденного) излучения атомов, лежащее в основе квантовой электроники.

Фотоэффект. Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Г. Герцем (1887 г.). Теория фотоэффекта была развита А. Эйнштейном (1905 г.) на основе квантовых представлений.

Столетов Александр Григорьевич ( ) Исследование фотоэффекта доставило Столетову мировую известность. Столетов показал также возможность применения фотоэффекта на практике.

Схема экспериментальной установки для исследования фотоэффекта

Задание 1. Получить зависимость I (U). Выяснить физический смысл характерных точек Установите синий или зеленый светофильтр. Изменяя напряжение, рассмотрите получающуюся вольтамперную характеристику. 1. Наблюдается ли ток при U=0? 2. Что происходит с силой тока при дальнейшем увеличении напряжения? 3. Что происходит при смене полярности? запустите модель фотоэффекта из программы «Открытая физика v2.6 »

Анализ вольт-амперной характеристики. Начиная с некоторого значения напряжения сила тока в цепи перестает изменяться, достигнув насыщения. При следовательно выбитые электроны обладают кинетической энергией. I0I0 Сила тока насыщения прямо пропорциональна числу электронов, выбитых светом за 1 с с поверхности катода:

Анализ вольт-амперной характеристики. При таком значении напряжения сила тока в цепи анода равна нулю. I0I0 Напряжение запирания (запирающее напряжение) При U > U з в результате облучения электроны, выбитые из электрода, могут достигнуть противоположного электрода и создать некоторый начальный ток.

Задание 2. Исследовать изменение I(U) при различных значениях светового потока. Не изменяя частоту света, поменяйте мощность излучения (световой поток). 1. Что происходит с током насыщения? 2. Что происходит с запирающим напряжением?.

Зависимость числа выбитых электронов от светового потока. Световой поток, падающий на фотокатод увеличивается, а его спектральный состав остается неизменным: Ф 2 > Ф 1 Сила тока насыщения и, следовательно, число выбитых светом за 1 с электронов увеличивается: I нас,2 >I нас,1 Значение запирающего напряжения не меняется! ν1= ν2ν1= ν2

Задание 3. Исследовать изменение I (U) при освещении светом различного спектрального состава. Последовательно меняйте светофильтры. 1. При любой ли длине волны (частоте) падающего света наблюдается фотоэффект? Чему равно запирающее напряжение при минимальной частоте (максимальной длине волны? 2. Как меняется запирающее напряжение при увеличении частоты? 3. Как меняется ток насыщения при увеличении частоты?

Влияние спектрального состава света При частоте ν = ν min запирающее напряжение равно нулю. При частоте ν < ν min фотоэффект отсутствует. Если частоту света увеличить, то при неизменном световом потоке запирающее напряжение увеличивается, а, следовательно, увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов.

Законы фотоэффекта: Количество фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны. Кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света не зависит от интенсивности падающего света. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота min, при которой еще возможен фотоэффект. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > ν min.

Работа выхода Работа выхода - это характеристика материала Она показывает, какую работу должен совершить электрон, чтобы преодолеть поверхностную разность потенциалов и выйти за пределы металла. Работа выхода обычно измеряется в электронвольтах (эВ).

Уравнение Эйнштейна На основании закона сохранения энергии: Смысл уравнения Эйнштейна: энергия кванта тратится на работу выхода электрона из металла и сообщение электрону кинетической энергии. В этом уравнении: ν - частота падающего света, m - масса электрона (фотоэлектрона), υ - скорость электрона, h - постоянная Планка, A - работа выхода электронов из металла.