2. Ārējais fotoefekts

 

Ārējā fotoefekta pētīšanai izmanto iekārtu, kas attēlota zīmējumā.

 

 

Iekārta sastāv no stikla caurules ar diviem elektrodiem (katods un anods), no kuras atsūknēts gaiss. Elektrodiem pielikto sprieguma maina ar potenciometru.

Voltampēru raksturlīkne izskatās šādi:

 

 

Kad elektrodiem nav pielikts spriegums, tad tikai daļa elektronu (kurus izsist starojums) var sasniegt anodu. Tādēļ ķēdē plūst strāva. palielinoties spriegumam, pieaug arī strāvas stiprums (pieaug elektronu skaits, kuri sasniedz anodu). Noteiktā sprieguma vērtībā strāvas stiprums sasniedz maksimālo vērtību (sātstrāva) un vairāk nemainās (visi elektroni, kas izlido no katoda laika vienībā sasniedz anodu). Mainoties strāvas avota polaritātei, samazinās izsisto elektronu skaits, kas sasniedz anodu. Noteiktā sprieguma vērtībā (aiztures spriegums) strāva izbeidzās. 

Aiztures spriegums ir atkarīgs no gaismas izsisto elektronu kinētiskās enerģijas:

$\begin{array}{l}\frac{m{v}^2}{2}=q{U}_{\mathit{aiz}}\\ U_{\mathit{aiz}}=\frac{m{v}^2}{2q}\end{array}$, kur

$m$ — elektrona masa,

$q$ — elektrona lādiņš,

$v$ — elektrona ātrums.

 

Palielinoties gaismas plūsmai, pieaug izrauto elektronu skaits.

 

 

Tādēļ sātstrāva kļūst lielāka.

 

 

No tā izriet fotoefekta pirmais likums.

Veicot pētījumus ar nemainīgo gaismas frekvenci, tika noskaidrots, ka elektronu ātrums un kinētiskā enerģija nav atkarīga no gaismas plūsmas.

 

 

Tas izriet no voltampēru raksturlīknes: abos gadījumos grafiku līknes sakrīt.

 

Tātad aiztures spriegums abos gadījumos ir vienāds. No formulas $\frac{m{v}^2}{2}=q{U}_{\mathit{aiz}}$ var secināt, par ka elektronu ātrums un kinētiskā enerģija nav atkarīga no gaismas plūsmas.

 

Secināt var pēc voltampēru raksturlīknes: elektronu ātrums ir atkarīgs no gaismas frekvences.

 

 

Jo lielāka frekvence, jo lielāks elektronu ātrums un kinētiskā enerģija.

No tā izriet fotoefekta otrais likums.

 

Fotoefektu apraksta Einšteina vienādojums.

$\mathit{hf}=A_i+E_k$, kur

$\mathit{hf}$ — fotona enerģija,

$A_i$ — elektrona izejdarbs,

$E_k$ — elektrona kinētiskā enerģija.

 

Katram metālam ir noteikts izejdarbs, kurā ir atkarīgs no  metāla dabas un virsmas stāvokļa.

Fotoefekts notiks, ja starojuma fotona enerģija ir lielāka vai vienāda par elektrona izejdarbu.

Minimālo gaismas frekvenci, kas izraisa fotoefektu, sauc par fotoefekta sarkano robežu.

$h{f}_{\mathit{min}}=A_i,E_k=0$.

 

Savukārt, minimālai gaismas frekvencei atbilst maksimālais viļņa garums:

 

${\mathrm{\lambda }}_{\mathit{max}}=\frac{c}{f_{\mathit{min}}}$, kur

$c$ — gaismas ātrums vakuumā.