Если поместить две металлические пластины в стеклянный баллон (рис. 3), из которого выкачан воздух, и включить их электрическую цепь, то в темноте
гальванометр покажет отсутствие тока в цепи, а при освещении поверхности катода светом гальванометр покажет появление тока. Это объясняется тем, что при освещении катода происходит электронная эмиссия, то есть испускание электронов с его поверхности. Под действием электростатистического поля электроны будут двигаться к аноду и цепь окажется замкнутой.Способность металлов испускать электроны со своей поверхности под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом.
Основными законами фотоэффекта являются закон Эйнштейна и закон Столетова.
Закон Эйнштейна: максимальная энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света и не зависит от интенсивности облучения.
Поглощение и испускание света телами происходит отдельными порциями - квантами, которые характеризуются энергией:
.
Данная энергия расходуется в двух направлениях:
1. На преодоление сил, удерживающих электрон в металле, то есть на
совершение так называемой работы выхода электрона А..
2. И как результат на сообщение электрону кинетической энергии:
.
Отсюда 
,
где m - масса электрона, V - скорость его движения.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что фотоэффект наблюдается не при любом освещении любого предмета, а только лишь в том случае, когда 
, то есть энергия светового кванта будет больше работы, затраченной на выход электрона. Из этой формулы можно вычислить порог фотоэффекта, то есть такую наименьшую частоту света, при которой ещё наблюдается явление фотоэффекта. При этом энергии кванта достаточно только на совершение работы выхода электрона из металла, но сообщить кинетическую энергию квант уже не может (V = 0). Отсюда понятно, что порог фотоэффекта определяется только работой выхода электрона (А) из поверхности данного металла. Учитывая, что 
, вводят понятие о красной границе фотоэффекта.
|
|
Красная граница фотоэффекта - та наибольшая длина волны света, при которой еще наблюдается фотоэффект. Для различных металлов порог фотоэффекта, а, следовательно, и красная граница фотоэффекта будут иметь различные величины, например:
Металл Cs К Na Zi Та Ag Ni Pt
λ, нм1400 760 680 526 305 268 246 196
Электроны из атомов Cs выбиваются квантами света, обладающими меньшей энергией, чем из калия, натрия, лития. Их порог фотоэффекта лежит в видимой области; следовательно, при облучении этих элементов лучами видимого света и даже инфракрасной частью спектра (Cs, К, Na, Zi) фотоэффект будет наблюдаться. У всех оставшихся элементов красная граница фотоэффекта лежит в ультрафиолетовой области; следовательно, чтобы получить фотоэффект у этих металлов необходимо ультрафиолетовое облучение, а не освещение видимым или инфракрасным светом, так как в этом случае кванты света не обладают нужным запасом энергии. Поэтому для изготовления фотоэлементов обычно применяют щелочные металлы.