Зовнішній фотоефект
Основними цілями цієї роботи є: експериментальна перевірка рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту та визначення постійної Планки методом затримуючого потенціалу.
Електрони провідності в металі
Вихід електронів із поверхні речовини під впливом світла високої частоти називають зовнішнім фотоефектом. У більшості металів фотоефект відбувається в області ультрафіолетового випромінювання, але для лужних металів та їх сплавів фотоефект можна спостерігати навіть у видимому діапазоні.
Будь-який метал містить дуже велику кількість електронів провідності. Електрони провідності зумовлюють високу електропровідність металів та низку інших фізичних властивостей.
Ряд важливих властивостей металів успішно пояснюється у межах наближення середнього поля. У цьому наближенні вплив на окремий електрон решти електронів сприймається як зовнішній вплив із боку цього середнього поля. Повна потенційна енергія електронаUe(r) включає також доданок, що описує взаємодію електрона провідності позитивними іонами металу.
Через регулярне розташування іонів у просторі потенційна енергія всередині металу має періодичний характер. Просторовий період ефективної потенційної енергії має порядок кількох ангстрем.
Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту
Мінімальна енергія, необхідна для виходу електрона провідності з металу в навколишнє середовище, називається роботою виходуAb для даного металу. Ця величина збігається з висотою потенційного бар'єру на межі металу для електронів з енергією, що дорівнює енергії Фермі. Робота виходу істотно залежить від чистоти поверхні металу та не однакова на різних ділянкахповерхні.
При опроміненні металу оптичним випромінюванням електрон провідності може вийти межі металу. Згідно з квантовою теорією, світло являє собою потік фотонів, кожен з яких має енергію.
деω- частота світла,ħ- Постійна Планка.
Частота світла пов'язана з довжиною хвилі випромінювання у вакуумі співвідношенням
де з-швидкість світла у вакуумі.
Коли електрон провідності поглинає фотон, енергія електрона збільшується на величину?ω. Якщо енергіяħωперевищує роботу виходу, то електрон може залишити метал. Зрозуміло, що для цього потрібна досить велика частота випромінювання.
Електрон, що поглинув фотон і метал, що залишив, називається фотоелектроном.
Кінетична енергія фотоелектронів обчислюється за допомогою закону збереження енергії. Максимальна кінетична енергія фотоелектрона підпорядковується рівнянню Ейнштейна для фотоефекту
Зауважимо, що умоваħω>Ab є необхідною, але не достатньою умовою фотоефекту. Зрозуміло, що для виходу фотоелектрона потрібно, щоб імпульс був направлений до межі металу.
ЗалежністьI(U). Ми виміряли залежність напруги від фотоструму. Для цього ми використовували випромінювання ртутної лампи і таким чином досліджували чотири спектральні лінії. Результати представлені у таблиці 1.
Таблиця 1. Залежність напруги від фотоструму.