Фотоефект - фізика явища
1887 року німецький вчений Герц відкрив вплив світла на електричний розряд. Вивчаючи іскровий розряд, Герц виявив, що якщо висвітлювати негативний електрод ультрафіолетовими променями, то розряд настає за меншої напруги на електродах.
Далі було виявлено, що при освітленні світлом електричної дуги негативно зарядженої металевої пластинки, з'єднаної з електроскопом, опускається стрілка електроскопа. Це свідчило про те, що металева пластинка, що висвітлюється електричною дугою, втрачає свій негативний заряд. Позитивний заряд металева пластинка при освітленні не втрачає.
Втрата металевими тілами при освітленні їх променями світла негативного електричного заряду отримала назву фотоелектричний ефект або фотоефект.
Фізика цього явища вивчалася з 1888 року та відомим українським вченим А. Г. Столетовим.
Вивчення фотоефекту Столетов робив за допомогою установки, що складається з двох невеликих дисків. Суцільна цинкова пластинка та тонка сітка встановлювалися вертикально один проти одного, утворюючи конденсатор. Його платівки з'єднувалися з полюсами джерела струму, а потім висвітлювалися світлом електричної дуги.
Світло вільно проникало через сітку на поверхню суцільного цинкового диска.
Столетов встановив, що цинкова обкладка конденсатора з'єднана з негативним полюсом джерела напруги (є катодом), то гальванометр, включений у ланцюг, показує струм. Якщо ж катодом є сітка, то відсутня струм. Значить, освітлена цинкова пластинка випромінює негативно заряджені частинки, які й зумовлюють існування струму в проміжку між нею та сіткою.
Столетов, вивчаючи фотоефект, фізика якого ще не розкрито, брав для своїх дослідівдиски з різних металів: алюмінієві, мідні, цинкові, срібні, нікелеві. Приєднуючи їх до негативного полюса джерела напруги, він спостерігав, як під дією дуги в ланцюзі його дослідної установки виник електричний струм. Такий струм називається фотострумом.
При збільшенні напруги між обкладками конденсатора фотострум збільшувався, досягаючи при певній напрузі свого максимального значення, званого фотострумом насичення.
Досліджуючи фотоефект, фізика якого нерозривно пов'язана із залежністю фотоструму насичення від величини світлового потоку, що падає на катодну пластину, Столетов встановив наступний закон: величина фотоструму насичення, буде прямо пропорційна світловому потоку, що падає на металеву пластинку.
Цей закон називається Столетова.
Надалі було встановлено, що фотострум - потік електронів, вирваний світлом з металу.
Теорія фотоефекту знайшла широке практичне застосування. Так було створено пристрої, основу яких лежить це явище. Називаються вони фотоелементами.
Світлочутливий шар – катод – покриває майже всю внутрішню поверхню скляного балона, за винятком невеликого віконця для доступу світла. Анод ж є дротяним кільцем, укріпленим усередині балона. У балоні – вакуум.
Якщо з'єднати кільце з позитивним полюсом батареї, а світлочутливий шар металу через гальванометр з її негативним полюсом, то при освітленні шару належним джерелом світла в ланцюзі з'явиться струм.
Можна батарею вимкнути зовсім, але і тоді ми спостерігатимемо струм, тільки дуже слабкий, так як тільки нікчемна частина електронів, що вириваються світлом, буде потрапляти на дротяне кільце - анод. Для посилення ефекту потрібна напруга порядку80-100 ст.
Фотоефект, фізика якого використовується в таких елементах, можна спостерігати за допомогою будь-якого металу. Однак більшість з них, такі як мідь, залізо, платина, вольфрам, чутливі тільки до ультрафіолетових променів. Одні лише лужні метали – калій, натрій і особливо цезій – чутливі до видимих променів. Вони й застосовуються для виготовлення катодів фотоелементів.