Короткі теоретичні відомості

Одним із явищ, в яких виявляються квантові властивості електромагнітного випромінювання, є зовнішній фотоефект - випускання електронів речовиною під дією світла. На практиці використовують зовнішній фотоефект у металах.

Експериментальні дослідження дозволили встановити такі закономірності зовнішнього фотоефекту:

1. При сталій частоті опромінюючого світла кількість електронів, що

вириваються з металу (фотоелектронів) за одиницю часу, є прямо пропорційною до його інтенсивності.

2. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів при виході з металу лінійно залежить від частоти опромінюючого світла і, при заданій частоті, не залежить від його інтенсивності.

3. Для кожної речовини існує своя червона межа фотоефекту, тобто мінімальна частота (максимальна довжина хвилі ) опромінюючого світла, при якій ще можливий фотоефект.

4. Фотоефект є безінерційним, тобто фотоелектрони з’являються практично одночасно з початком опромінення (час запізнення складає порядку 10^-9 с).

Теоретичне пояснення фотоефекту дав Ейнштейн на основі квантових уявлень. Згідно з Ейнштейном, у кожному елементарному акті фотоефекту якийсь електрон металу поглинає квант світла (фотон) з енергією hn і, за рахунок отриманої енергії, виходить за межі металу. При цьому електрон витрачає частину енергії на роботу виходу з металу А, тому, згідно із законом збереження енергії, на виході електрон має максимальну кінетичну енергію

, (1)

де V - максимальна швидкість фотоелектрона; - енергія поглинутого фотона ( - стала Планка); - робота виходу електрона з металу, котра дорівнює найменшій енергії, яку має витратити електрон, аби відірватися від поверхні металу.

З рівняння (I), яке називається рівнянням Эйнштейна, випливають усі перераховані вище закономірності фотоефекту. Зокрема, оскільки вихід електрона можливий лише за умови , очевидно, що існує червона межа фотоефекту, котра визначається, як

. (2)