Фотоэффект является одним из примеров проявления корпускулярных свойств света. Вылет электронов из освещенных тел, называется внешним фотоэффектом.
Сущность внутреннего фотоэффекта состоит в том, что при освещении полупроводников и диэлектриков от некоторых атомов отрываются электроны, которые, однако, в отличие от внешнего фотоэффекта, не выходят через поверхность тела, а остаются внутри него. В результате внутреннего фотоэффекта возникают электроны в зоне проводимости и сопротивление полупроводников и диэлектриков уменьшается.
При освещении границы раздела между полупроводниками с различным типом проводимости возникает электродвижущая сила. Это явление называется вентильным фотоэффектом.
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
Основным уравнением, описывающим внешний фотоэффект, является уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:
где – энергия фотона монохроматической волны света,
— масса электрона,
— работа выхода электрона из фотокатода.
Уравнение фотоэффекта (1) является следствием закона сохранения энергии. В соответствии с законами сохранения энергии и импульса, поглощение фотона свободными электронами невозможно, и фотоэффект возможен только на электронах, связанных в атомах, молекулах и ионах, а также на электронах твердых и жидких тел.
Из уравнения фотоэффекта существует ряд важных выводов, которые характеризуют это явление:
- Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты падающего света и не зависит от его интенсивности.
- При постоянном спектральном составе падающего света число фотоэлектронов, вырываемых светом из фотокатода за единицу времени, и фототок насыщения пропорциональны энергетической освещенности фотокатода.
- Для каждого вещества фотокатода существует красная граница фотоэффекта (порог фотоэффекта) – минимальная частота
, при которой еще возможен фотоэффект. Длина волны
, соответствующая частоте
, для большинства металлов находится в ультрафиолетовой части спектра.
Примеры решения задач
Задание | Красная граница фотоэффекта для некоторого метала |
Решение | Основа для решения задачи – закон сохранения энергии и уравнение фотоэффекта.Вылет электронов прекратится тогда, когда потенциальная энергия электрона (U) в задерживающем поле станет равной его кинетической энергии (E), то есть:
Запишем уравнение фотоэффекта, в которое входит кинетическая энергия электрона: Подставим (1.1) в (1.2), получим:
Полагая, что красная граница фотоэффекта соответствует энергии фотонов, при которой скорость вырываемых с металла электронов равна нулю, получим: Подставим (1.5) в (1.4), получим: |
Ответ | Искомая в задаче частота света может быть рассчитана по формуле: |