Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов металлами под действием света

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12

Цель работы: снятие вольтамперной и световой характеристик фотоэлемента; определение интегральной чувствительности; оценка квантового выхода фотоэффекта.

Приборы и принадлежности: фотоэлемент, вольтметр, микроамперметр, блок питания, осветитель.

Внутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниках и проявляется в том, что под действием света возрастает их электропроводность за счет увеличения числа носителей тока (электронов, "дырок").

Законы внешнего фотоэффекта открыл и исследовал русский ученый А.Г. Столетов.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН. Энергия фотоэлектронов и их максимальная скорость не зависят от интенсивности света, а определяются только его частотой.

ВТОРОЙ ЗАКОН. Для каждого вещества существует "красная" граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота, при которой еще возможен фотоэффект.

ТРЕТИЙ ЗАКОН. Число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени (величина фототока), пропорциональна интенсивности света, т. е. фототок насыщения при данной частоте света прямопропорционален энергетической освещенности катода.

ЧЕТВЕРТЫЙ ЗАКОН. Фотоэффект практически безинерционен: фототок появляется практически одновременно с освещением металла.

Сущность фотоэффекта объясняется в квантовой теории излучения. Свет испускается отдельными порциями - квантами света (фотонами). Энергия фотона определяется выражением

ε = h ν, (12.1)

где h - постоянная Планка, равная 6,6·10^-34 Дж·с; ν - частота излучения. При взаимодействии с электроном фотон передает ему всю энергию, которая расходуется электроном на совершение работы выхода А_вых за пределы вещества, т.е. на преодоление потенциального барьера металл - вакуум, и на приобретение им кинетической энергии. Энергетический баланс при фотоэффекте выражается уравнением Эйнштейна:

m v²_max

h ν = А _вых +--------, (12.2)

где m v²_max/2 - максимальная кинетическая энергия освобождающегося электрона.

Уравнение (12.1) обосновывает законы фотоэффекта.

Из уравнения Эйнштейна следует возможность фотоэффекта при условии, что энергии фотона должно хватать по меньшей мере на отрыв электрона от металла, не сообщая ему скорости (v_max = 0). Из уравнения (12.1) при этом условии имеем

h ν₀ = А _вых,

откуда "красная" граница фотоэффекта

ν₀ = А _вых/ h. (12.3)

Она зависит только от работы выхода электрона из металла, а значит от природы металла и состояния его поверхности.

Общее число фотоэлектронов, вылетающих за единицу времени с поверхности металла, очевидно, должно выть пропорционально числу фотонов, падающих за это время на поверхность. Число падающих фотонов, в свою очередь пропорционально интенсивности света. Скорость фотонов - это скорость света в вакууме, и весь процесс фотоэффекта происходит с той же скоростью, т.е. практически мгновенно.

Дата добавления: 2014-12-16