Фотоэффект наблюдается только при достаточно высокой частоте . различна для разных металлов и называется красной границей фотоэффекта.

Из уравнения (2) вытекают законы внешнего фотоэффекта.

По Эйнштейну величина светового потока пропорционален числу фотонов, а число выбитых электронов равно числу падающих на поверхность металла фотонов. Отсюда и вытекает закон Столетова.

Второй закон фотоэффекта непосредственно вытекает из уравнения (2). Действительно, согласно уравнению Эйнштейна, кинетическая энергия фотоэлектронов зависит только от частоты света v, т.к. работа выхода для данного металла есть величина постоянная.

Существование граничной частоты v_гр также есть очевидное следствие уравнения (2): при уменьшении частоты света энергия фотоэлектронов уменьшается и при некоторой частоте v_гр = обращается в нуль.

Безынерционность фотоэффекта объясняется квантовым характером света с веществом.

Прибор в виде сферического конденсатора (опыты Р. Милликена; П.И. Лукирского и С.С. Прилежаева) имел анод – серебрянные стенки стеклянного сферического балона, в центре балона помещался катод в виде шарика. Определялась кинетическая энергия фотоэлектронов методом задерживающего потенциала. Электроны вылетающие из катода фотоэлемента под действием света, обладают определенной кинетической энергией и достигают анода, создавая в замкнутой цепи, составленной из фотоэлемента и гальванометра, ток. Если между анодом и катодом создать электростатическое поле, приложив разность потенциалов, то можно затормозить электроны. При некотором значении разности потенциалов даже самые быстрые электроны не будут достигать анода, ток в цепи отсутствует. Условие этого

.

Величина U называется задерживающией разностью потенциалов. Тогда из уравнения (2) следует, что

(3)

Из формулы (3) следует, что U зависит от частоты света, падающего на фотоэлемент. Поэтому, если измерить зависимость задерживающей разности потенциалов U от частоты v

,

то из графика этой зависимости можно определить постоянную Планка и работу выхода электрона. Уравнение (3) можно переписать в виде уравнения прямой

.

Величина равна тангенсу угла наклона этой прямой, а – отрезку на оси U, отсекаемому прямой от начала координат (рис. 1).

В качестве фотоэлемента в работе применяется серийный вакуумный фотоэлемент СЦВ-4. Он выполнен в виде стеклянного баллона, воздух из которого откачан до давления 10^-6 – 10^-7 мм.рт.ст. На одну половину внутренней поверхности баллона на подкладочный слой магния или серебра нанесен тонкий слой сурьмы, а затем тонкий слой цезия. Образующееся при этом соединение Cs₃Sb служит катодом. Такой катод обладает малой работой выхода и, следовательно, красная граница фотоэффекта для данного фотоэлемента находится в видимой части спектра. В центральной части баллона расположен металлический анод А, имеющий форму сферы (рис. 2, а). Если на катод К направить пучок света и создать между анодом и катодом разность потенциалов, то ускоряемые электрическим полем электроны летят к аноду и обуславливают прохождение тока. Получаемый ток зависит от освещенности.

Фототок растет с напряжением, но при определенном напряжении достигает насыщения и дальнейшее повышение напряжения уже не приводит к увеличению тока. Зависимость фототока от напряжения выражают кривой, называемой вольтамперной характеристикой фотоэлемента (рис. 2, б). При постоянном напряжении величина фототока

пропорциональна потоку световой энергии , где – интегральная чувствительность фотоэлемента – величина фототока, отнесенная к одному люмену потока световой энергии. Величина для различных вакуумных фотоэлементов имеет значение от нескольких микроампер на люмен до 100 мкА/лм.

Если считать лампу точечным источником света, то зависимость освещенности от расстояния описывается известной формулой:

,

Где Е1 и Е2 – освещенности, соответствующие расстояниям r1 и r2 до источника света. Если, в частности, Е1 – минимальная освещенность на максимальном расстоянии r1 (длина оптической скамьи), то отношение пропорционально освещенности фотокатода. Это отношение представляет собой, таким образом, относительную освещенность фотокатода.

Выполнение работы.

Таблица 1

1. Построить зависимость .

r₁ – const = 50 см = 0, 5 м

r₂ – переменная от 15 до 50 см.

r2, см
	11, 11	6, 25		2, 7	2, 04	1, 56	1, 23

При увеличении расстояния, относительная освещенность фотокатода уменьшается.

Таблица 2