7511506912

Wprowadzenie :

Zjawisko fotoelektryczne zostało wykryte pod koniec ubiegłego wieku. W 1887 r. G.Hertz badając wyładowania elektryczne zauważył, że naświetlenie iskrownika światłem ultrafioletowym obniża napięcie progowe wyładowania . Kilka lat później doświadczenia W.Hallwachsa oraz A.Stoletowa pozwoliły wysunąć hipotezę o wybijaniu ujemnych naładowanych cząstek z powierzchni metali pod wpływem światła. Doświadczenia z odchylaniem cząstek w polu magnetycznym wykazały, że mamy do czynienia z elektronami efekt ten nazywamy zjawiskiem elektrycznym zewnętrznym. Dokładne badanie tego zjawiska w fotokomórkach próżniowych pozwoliły sformułować następujące prawa zjawiska fotoelektrycznego:

1)    Maksymalna prędkość początkowa fotoelektronów zależy od częstotliwości światła, a nie zależy od jego natężenia.

2)    Dla każdego metalu istnieje długofalowa granica fotoelektryczna. Zjawisko fotoelektryczne zachodzi dla światła o częstotliwości większej od tej wartości granicznej:

Granica długofalowa zjawiska fotoelektrycznego zależy od składu chemicznego materiału katody i od stanu jej powierzchni.

3) Liczba emitowanych elektronów w jednostce czasu jest proporcjonalna do natężenia światła. Oznacza to, że natężenie nasyconego prądu fotoelektrycznego jest proporcjonalne do oświetlenia powierzchni.

Należy podkreślić, że zjawisko fotoelektryczne praktycznie nie wykazuje bezwładności, tzn. że prąd fotoelektryczny pojawia się natychmiast po oświetleniu katody, jeśli tylko spełniony jest warunek v>Vo-

Zgodnie z falową teorią elektromagnetyczną światła emisji fotoelektronów następowałaby wskutek zwiększania energii elektronów w metalu przez pole elektryczne fali świetlnej. To by oznaczało zależność energii kinetycznej wybijanych elektronów od amplitudy padającej fali, a nie od częstotliwości. Zjawisko musiałoby wykazywać bezwładność czasową. Te problemy interpretacji zjawiska fotoelektrycznego na drodze falowej skłoniły badaczy do innego podejścia. A.Einstein rozwinął hipotezę M.Plancka o kwantowym charakterze promieniowania termicznego i przyjął, że również pochłanianie światła ma charakter kwantowy. Takie porcje energii, zwane fotonami, są przekazywane elektronom. Elektrony te mogą opuścić powierzchnię metalu, jeśli ich energia będzie większa od pewnej minimalnej wartości W, zwanej pracą wyjścia. Jest to warunek konieczny, aby ujemny elektron mógł oddalić się od dodatniej powierzchni metalu. Zgodnie z zasadą zachowania energii mamy więc tzw. wzór Einsteina:

hv*w + ^.

2

Praca wyjścia jest związana jest z częstotliwością graniczna:

^w=hv°^=łV

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne stosuje się w fotokomórkach. W bańce szklanej (lub kwarcowej) znajdują się elektrody: katodę stanowi metal naparowany na wewnętrzną stronę bańki, a anodę drut w kształcie pętli. Próżniowe fotokomórki charakteryzują się stanem nasycenia, a czułość prądu elektronowego osiąga wartość do 10-10 A/lx. Fotokomórki próżniowe wymagają więc stosowania wzmacniaczy. Większą czułość wykazują fotokomórki gazowane wypełnione argonem. Fotoelektrony w przyspieszającym polu elektrycznym anody uzyskują