Изучение основных законов фотоэффекта, страница 3

Число высвобожденных вследствие фотоэффекта, электронов должно быть пропорционально числу падающих на поверхность фотонов. Поскольку световой поток определяется количеством фотонов, падающих на поверхность в единицу времени, число электронов должно быть пропорционально световому потоку (интенсивность света). Однако при фотоэффекте лишь малая часть квантов передает свою энергию электронам. Энергия остальных квантов затрачивается на нагревание вещества, поглощающего свет.

          При освещении поверхности мощными световыми пучками, которые создаются лазерами, осуществляются многофотонные процессы. В этом случае электрон получает энергию сразу от  фотонов, и уравнение Эйнштейна приобретает вид:

                                                     .                                         (1.8)

Формула Эйнштейна (1.4) справедлива при освещении поверхности световыми пучками от обычных источников света.

          Различают внешний и внутренний фотоэффект. При внешнем фотоэффекте освобожденные электроны из освещаемой поверхности вещества переходят в другую среду. При внутреннем фотоэффекте оптически возбужденные электроны остаются внутри освещенного тела, не нарушая нейтральность последнего. В веществе при этом изменяется концентрация носителей заряда или их подвижность, что приводит к изменению электрических свойств вещества под действием падающего на него света. Внутренний фотоэффект присущ только полупроводникам и диэлектрикам. Схема установки для исследования внешнего фотоэффекта приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема установки для исследования фотоэффекта

          Свет, проникающий через кварцевое окно Кв, освещает катод К фотоэлемента. Электроны, испущенные вследствие фотоэффекта, перемещаются под действием электрического поля к аноду А. В цепи течет фототок, измеряемый гальванометром . Напряжение между анодом и катодом изменяется с помощью потенциометра П. Полученная на таком приборе вольт-амперная характеристика (кривая зависимости фототока  от напряжения между электродами ) приведена на рисунке 1.2. характеристика снимается при неизменном потоке света Ф.

Рисунок 1.2 – Вольт-амперная характеристика

          На рисунке 1.2 видно, что при некотором значении  фототок достигает насыщения, когда все электроны, испущенные катодом, достигают анода. Следовательно, сила фототока насыщения определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света. При = 0 фототок не исчезает. Это свидетельствует о том, что электроны покидают фотокатод со скоростью, отличной от нуля. Чтобы фототок стал равным нулю, нужно между электродами приложить задерживающее напряжение. При таком напряжении  ни одному из электронов не удастся преодолеть задерживающее поле и достигнуть анод, т.е.

                                                            .                                           (1.9)

Подставив в формулу (4) значение  из формулы (9), можно определить величину задерживающего потенциала:

                                                            .                                         (1.10)

Таким образом, при освещении фотокатода монохроматическим светом задерживающий потенциал  изменяется с частотой по линейному закону (см. рисунок 1.3).