I уровень. Познакомимся с параграфом

1. Открытие явления фотоэффекта

Это явление обнаружил в 1887 г. Г. Герц. Наблюдая очень слабые искры в раз­рядном промежутке резонатора, вызванные воздействием на резонатор электромаг­нитных волн, излучаемых вибратором, Герц для улучшения условий наблюдения за­крыл разрядный промежуток резонатора черным непрозрачным чехлом. Наблюдать в темноте стало легче, но интенсивность искр уменьшилась. Предположить, что че­хол задерживает электромагнитные волны, было нельзя, так как Герц наблюдал про­хождение волн даже сквозь стены лаборатории, помещая вибратор в соседней ком­нате. Герц заметил, что искра ослабляется, если между резонатором и вибратором стоит преграда. Он берет в качестве преграды обычное стекло – интенсивность ис­кры все равно уменьшается; при наличии кварцевого стекла эффекта ослабления нет. На этом основании Герц делает вывод, что искра в вибраторе создает ультрафиоле­товое излучение, которое действует на шарики в искровом промежутке резонатора и облегчает разряд. Однако ни Герц, ни другие ученые, исследовавшие это явление, не смогли уяснить природу обнаруженного эффекта. Все опыты проводились первона­чально на установках, подобных той, какая была у Герца, т. е. изучалось действие света на электрические разряды при высоком напряжении.

1. Исследование внешнего фотоэффекта

Опыты Гальвакса и в особенности тщательные исследования профессора Московского университета А. Г. Столетова, проведенные в 1888 – 1889 гг., выяснили сущность явления, обнару­женного Герцем. Выяснилось, что оно обусловлено выбиванием отрицательных за­рядов из металлического катода разрядника под действием света. На рисунке пред­ставлена схема опытов Столетова. В электрическую сеть включался конденсатор, положительной обкладкой которого была медная сетка С, а отрицательной – цин­ковая пластина D. Когда от источника света S лучи направлялись на отрицательно заряженную пластину D, в цепи возникал электрический ток. Когда пластина D заряжалась положительно, а сетка С отрицательно, гальванометр G не обнаруживал электрического тока.

Опыты Столетова доказали, что под действием света металл теряет отрицательно заряженные частицы. В дальнейшем измерения удельного заряда этих частиц показали, что они представляют собой электроны.

Опытным путем были установлены три закона внешнего фотоэффекта.

Законы внешнего фотоэффекта:

1. Фототок насыщения – максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, – прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

3. Для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения.

§ Ультрафиолетовое излучение – (ультрафиоле­товые лучи, УФ излучение) – невидимое глазом элек­тромагнитное излучение, занимающее спектральную об­ласть между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн , от до . Источниками УФ излучения являются нагретые до температур твердые тела, любая высокотемпера­турная плазма, ртутные, ксеноновые газоразрядные и другие лампы, лазеры.

Естественными источниками УФ излучения являют­ся Солнце, звезды, туманности и другие космические объекты. Лишь длинноволновая часть их излучения () достигает земной поверхности, более ко­ротковолновое излучение поглощается атмосферой на высоте .

§ Электрон – (символ , ) – первая элементар­ная частица, открытая в физике; материальный носи­тель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе.

Электрон – составная часть атомов; число электро­нов в нейтральном атоме равно атомному номеру, т. е. числу протонов в ядре.

Заряд и масса электрона равны: , .

Электрон был открыт английским физиком Дж. Томсоном в 1897 году. Электрон участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях. В классической электродинамике электрон ведет се­бя как частица.

§ Фотоэффект. Фотоэффектом (фотоэлектрическим эффектом) называется явления взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия излучения передается электронам вещества.

Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внешним фотоэффектом. Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внутренним.

§ Фотоэлектроны – электроны, вылетающие с поверхности тела при внешнем фотоэффекте.

§ Эмиссия – испускание веществом каких-либо частиц.

§ Фототок. Поток электронов, испускаемых катодом под действием света называется фотоэлектрическим током (фототоком) .

§ Фототок насыщения. Максимальное значение фототока между катодом и анодом при заданной освещенности катода называется фототоком насыщения .

§ Задерживающее напряжение. Абсолютное значение напряжения при котором фототок прекращается, называется задерживающим напряжением .

§ Красная граница фотоэффекта – такая наименьшая частота (или наибольшая, «красная» длина волны ), при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Ученые:

§ Г. Герц

§ В. Гальвакс

§ А. Г. Столетов

§ Дж. Дж. Томсон