Квантовые объяснения фотоэффекта 289

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ:

(практическая работа)

При облучении поверхности проводника, включенного в электрическую схему в виде катода экспериментально наблюдается зависимость возникающего фототока от напряжения.

Рис.2 Зависимость фототока от напряжения

При пападании излучения на поверхность проводника, фотоны поглощаются электронами и при этом передают им свою энергию

E= hν

Закон сохранения энергии, записанный Эйнштейном для фотоэффекта, состоит в утверждении, что энергия фотона hν, приобретенная электроном, позволяет ему покинуть поверхность проводника, совершив работу выхода A. Остаток энергии реализуется в виде кинетической энергии

Энергия теперь уже свободного электрона

(1)

Для того чтобы прекратить течение тока в цепи, необходимо на фотоэлемент подать тормозящее запирающее напряжение (U_зВ).

Ток исчезнет, когда

(2)

С увеличением частоты падающего света будет расти энергия фотонов и кинетическая энергия фотоэлектронов. Теперь для торможения таких более энергичных электронов потребуется более высокое запирающее напряжение

(3)

Если уменьшать частоту падающего на фотокатод света (Гц), будет уменьшаться энергия фотонов и кинетическая энергия фотоэлектронов. При некотором граничном значении частоты v_k, кинетическая энергия фотоэлектронов станет равной нулю.

Рис. Изменение кинетической энергии фотона от частоты

Тогда красную границу можно определить

и (4)

При дальнейшем снижении частоты, энергия фотонов окажется меньше работы выхода. В результате эмиссия электронов с поверхности металла не произойдет.

При достаточно больших положительных значениях напряжения ток достигает своей предельной величины 1н, называемой током насыщения, и дальше возрастать перестаёт. Это связано с тем, что напряжение, ускоряющее электроны, становится настолько велико, что анод захватывает вообще все электроны, выбитые из катода — в каком бы направлении и с какими бы скоростями они не начинали движение.

При этом ток насыщения равен

(5)