Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 140

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 140)

') С т о л е т о в А.Г. Избранные сочинения. — М.: Гостехиздат, 1950, с. 191. 19 Г.С. Ландсберг дейотВия ОвнтА 578 2) Сила фототока пропорциональна создаваемой освещенности тела («разряжающее действие при прочих равных условиях пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность»). 3) Под действием света освобождаются отрицатпель~ые заряды («действие лучей есть строго униполярное, положительный заряд лучами не уносится; по всей вероятности, кажущееся заряжение нейтральных тел лучами объясняется той же причиной»). Если, например, цинковую пластинку, соединенную с,электроскопом и заряженную отрицательно, осветить ультрафиолетовым светом, то электроскоп быстро разряжается; но та же пластинка, заряженная положительно, сохраняет свой заряд, несмотря на освещение.

При тщательном наблюдении (электроскоп болыпой чувствительности) можно заметить, что незаряженная пластинка под действием освещения заряжается положительно, т.е. теряет часть своих отрицательных зарядов, первоначально нейтрализовавших ее положительный заряд. Несколько лет спустя (1898 г.) Ленардом и Томсоном были произведены определения е/гп для освобождаемых зарядов по отклонению их в электрическом и магнитном полях. Эти измерения дали для е/т значение 1,76.107 СГСМ, доказав, таким образом, что освобождаемые светом отрицательные заряды суть электроны. ~ 176.

Законы фотоэффекта )~иф а . Т о к н а с ы щ е н и я. Для исследова»зия силы фототока применяется обычно схема, сходная со схемой Столетова (рис. 32.3). Здесь Р— освещаемая пластинка металла, Х вЂ” вторая пластинка, присоединенная через гальванометр С к соответствующему полюсу батареи В. Электроны, освобождаемые светом из Р, под действием батареи В несутся к Х и далее следуют по проводам через ~аль- ~ ванометр, замыкая ток батареи В. Уже первые исследователи обнаружили, что явление в высокой степени зависит от чистоты освещаемой поверхности. Поэтому точные опы- 6 ты производятся со свежими поверхностями, тщательно очищенными механическим Ри,. 32.3, Схемадляис ПУтемили, .целУЧ1 -:обр ованнь 1ИПУтем напыления металла В вакууме. ВысОкий Вафототока от напря -ения кУУм поддерживаетсЯ междУ электродами Р и Х во время измерения, ибо присутствие газов может сильно изменить свойства поверхности и, кроме того, осложняет условия выхода и переноса.

зарядов. Поддерживая освещение постоянным и изменяя напряжение батареи В, мы будем в известных пределах изменять силу тока в гальванометре. Но если опыт производится в высоком вакууме и электродам придана такая форма., что все наряды, вырванные из освещенной поверхности, попадают на второй электрод даже без помощи ускоряющего ГЛ.

ХХХП. ФОТОЭЛЕКТРИЧНСКИЙ ЭФФЕКТ 579 поля 1), то сила фототока не будет возрастать при увеличении поля. Наоборот, тормозящее поле, направленное так, чтобы мешать движению электронов от освещенной поверхности ко второму электроду, может ослабить фототок и даже свести е1'о к нулю. Действительно, опыт показывает что в соответствии с этими рассуждениями зависимость силы фототока Х от приложенной к электродам го разности потенциалов 1' — так называемая характеристика фототока — Замедляющее Ускоряющее имеет вид, изображенный на рис. 32.4 (сплошнаЯ кРиваЯ). ПРи злектРодах, Риг.

32.4. характеристика фоформа и взаимное расположение ко- тотока торых не удовлетворяют поставленным выше требованиям, характеристика фототока более или менее сильно искажается (см. рис. 32.4, штриховая кривая). Однако сохра; няются ее существенные черты: при некоторой не чрезмерно большой ускоряющей разности потенциалов ток доходит до постоянной величины (ток насыщения); при определенной тормозящей разности потенциалов ток падает до нуля. На стремление фототока к насыщению также указал А.Г. Столетов. Так как ток насыщения соответствует условиям, при которых все освобожденные светом электроны проходят через цепь гальванометра, то сила тока насьпцения и должна быть принята за меру фотоэлектрического действия света.

б. Зависимость тока насыщения от интенсивностити падающего с нет а. Тщательно выполненные измерения показывают, что сила тока насьпцения строго пропорциональна световому потоку, поглощенному металлом. Так как интенсивность поглощенного в металлах света пропорциональна интенсивности падающего, то основной закон фотоэффекта можно сформулировать так: сила фототока ггасыщенггя прямо пропорциональна падающему световому потоку.

Закон этот проверен в очень широком интервале интенсивностей света и выполняется крайне строго. Благодаря ему фотоэлементы можно использовать в качестве превосходных объективных фотометров. Закон, приведенный выше, выполняется с полной строгостью в том случае, когда измеряемый ток насыгцения образован лишь электронами, освобожденными светом. Это имеет место, если чувствительная поверхность помещена.

в вакуум, В приборах, наполненных газом и обычно гораздо более чувствительных, так как в них к току электронной эмиссии прибавляется ток ионизация, могут уже возникать некоторые отступления от простой пропорциональности между силой тока насыщения и интенсивностью света; поэтому приборами описан- ) Наилучшая форма расположения электродов — это сферический конденсатор; его внутренний шарик представляет собой светочувствительную поверхность, а размеры малы по сравнению с размерами внешнего шара. действия ОветА ного рода надо пользоваться для измерительных целей с известной осмотрительностью.

в. Скорости фотоэлектронов. Снимаяхарактеристику фототока (см. рис. 32.4), мы обнаруживаем, что наложение на электроды тормозящего электрического поля уменьшает силу тока. Отсюда следует, очевидно, что часть электронов обладает при вылете кинетической энергией тиР/2,которая меньше работы, необходимой для преодоления приложенной разности потенциалов. Подобрав такую разность потенциалов Ъ', при которой ток обращается в нуль, мы задерживаем все электроны, включая и самые быстрые. Таким образом, и — максимальная скорость электронов, освобожденных светом в описанном опыте, определится из соотношения 1 — ти: = е1'. (176.1) То обстоятельство, что даже при наиболее благоприятном распо,ложении электродов характеристика фототока не обрывается сразу, а более или менее полого падает до нуля, указывает, что скорости вылетающих электронов различны: самые медленные электроны задерживаются очень слабым тормозящим полем; для задержания самых быстрых требуется встречная разность потенциалов, равная Ъ'.

Изучив законы спадания характеристики, можно определить распределение электронов по скоростям. Причина такого разнообразия скоростей заключается в том, что свет может освобождать электроны не только с поверхности металла, но и из некоторой глубины; эти последние электроны теряют часть сообщенной им скорости раныпе, чем они выйдут на поверхность, вследствие случайных столкновений внутри металла. Поэтому физический интерес представляет максимальная скорость, определяемая при помощи соотношения (176.1), ибо она характеризует энергию, сообщаемую электрону при освобождении его светом. Было бы, однако, ошибочным думать, что для освобождения электрона со скоростью ю из поверхности металла достаточно сообщить ему энергию тю~/2.

Известно, что электрон при прохождении через поверхность металла должен преодолеть некоторое сопротивление своему выходу, затратив определенную работу Р. Эта работа выхода препятствует в обычных условиях свободным электронам металла покинуть последний. Она различна для разных металлов, вследствие чего между двумя соприкасающимися кусками различных металлов устанавливается контактная разность потенциалов. Работу выхода можно также определить по явлению термоионной эмиссии, ибо количество электронов, испускаемых в течение секунды единицей поверхности накаленного металла, сильно зависит от величины работы выхода. Таким образом, энергия Ф, которую нужно сообщить электрону для того, чтобы он вырвался с максимальной скоростью ш из п.ластины, характеризуемой работой выхода Р, определяется соотношением 2 +Р 1 + ~г (176.2) где ~lд — — Р/е — потенциал выхода.

гл. хххп. эотоэлнкт~ ичкокий эвевкт 581 При помощи соотношения (176.2) можно найти величину энергии 6, получаемой электроном при фотоэффекте. Исследования Ленарда и ряда других позволили установить чрезвычайно важный закон: энергия Ф, приобретаемая электроном, не зависит ни от интенсивности падающего света, ни от природы освещаемого вещества, ни от температуры его; эта энергия определяется лишь частотой падающего монохроматического света и растет с увеличением частоты. 8 177. Уравнение Эйнштейна.

Гипотеза световых квантов Еще в тот период, когда указанный закон был экспериментально установлен в качественной форме, Эйнштейн (1905 г.) обосновал теоретически количественную связь между энергией, получаемой электроном при его освобождении светом, и частотой этого света. Согласно теории Эйнштейна, закон фотоэффекта имеет следующий вид: (177.1) где Ь = 6,6 10 З4 Дж с — постоянная теории квантов, введенная Планком. По мысли Эйнштейна вся энергия, полученная электроном, доставляется ему светом в виде определенной порции Ьи, величина которой зависит от частоты света (сввтвовой квант), и «усваивается» им целиком.

Таким образом, электрон не заимствует энергию от атомов вещества катода, благодаря чему природа вещества не играет никакой роли в определении Ф. Энергия кванта очень велика по сравнению с тепловой энергией электронов, и поэтому изменение температуры должно лишь очень слабо сказываться на скорости вылетающих электронов (действительно, такое малое влияние было обнаружено в работах последнего времени).

Характеристики

Список файлов книги