5.1.3 Фотоэффект. Опыты А.Г. Столетова. Законы фотоэффекта

Видеоурок 1: Фотоэффект – разрядка светом

Лекция: Фотоэффект. Опыты А.Г. Столетова. Законы фотоэффекта

Основным подтверждением корпускулярной природы света является фотоэффект. Этот процесс характеризуется выбиванием электронов, находящихся в поверхностных атомах вещества, под действием света. Данный процесс был открыт в конце 19 века при изучении электромагнитных явлений Г. Герцем. Несмотря на то, что явление было открыто Герцем, объяснил его советский физик А.Г. Столетов.

Опыты Столетова

Для изучения данного процесса Столетов использовал фотоэлемент, схема которого и его цепь рассмотрена ниже.

Для данного эксперимента ученый взял колбу из стекла, из которой полностью откачал воздух. Таким образом, он исключил все свободные атомы, способные помешать электронам двигаться. В колбу вывели электроды, подключенные к источнику напряжения. Поэтому на одном из них был положительный заряд (К), а на втором отрицательный (А).

При этом к трубке был подведен ультрафиолет, который освещал катод. В результате действия света на катод, с него начали выбиваться электроны. Под действием разности потенциалов электроны начали свое движение в направлении анода. Так как напряжение способствовало направленному движению электронов, то в цепи появился ток.  Данный ток получил название фототока, а частицы, вылетевшие с поверхности катода - фотоэлектронами.

Напряжение и фототок

Логично предположить, что в результате уменьшения напряжения на электродах, частицы начнут двигаться медленнее, что приведет к уменьшению фототока в колбе.

Если продолжать уменьшать напряжение в цепи, и в конечном итоге поменять полярность, то электроны начнут двигаться в противоположном направлении. Это напряжение называется запирающим.

Скорость движения электронов напрямую зависит от напряжения, поэтому была выведена следующая формула данной зависимости:

Запирающее напряжение позволяет определить, какую максимальную скорость может развить электрон.

Законы фотоэффекта

1. Скорость, которую способен развить электрон, пропорциональна той интенсивности, с которой действует свет на катод.

Это значит, что частота света напрямую влияет на скорость движения.

На графике можно увидеть, что движение электронов начинается только при достижении света определенной начальной частоты. Эта частота называется красной границей. Если частота излучения меньше красной границы, то фотоэффект не происходит, а значит, фототок равен нулю.

2. Скорость движение фотоэлектронов зависит только от частоты света, и увеличивается в результате её увеличения. При этом она не зависит от интенсивности света.

3. Каждое вещество обладает своей красной границей. Данный закон объясняется различными атомными силами, которые сдерживают электроны на внешних электронных оболочках. Величину красной границы для каждого элемента определяют в таблицах.