Фотоэффект заңдары

Фотоэффект құбылысын электромагниттік теория тұрғысынан қарастырсақ, түскен жарық толқыны электр өрісі әсерінен металдың электрондары үдей қозғалады, өйткені оларға электромагниттік толқын тасылмалдану энергиясы ауысады. Электр өрісінде электрондар иемденетін энергия сол өріс кернеулігіне, өріс кернеулігі болса жарық интенсивтілігіне тәуелді.

v Столетов заңы: түскен жарықтың жиілігінің бекітілген (тұрақты) мәнінде бірлік уақыт ішінде фотокатодтан шыққан фотоэлектрондар саны жарық интенсивтілігіне пропорционал (қанығу фототок күші катодтың энергетикалық жарықталуына пропорционал).

v Фотоэлектрондардың бастапқы максимал жылдамдықтары түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, тек жарықтың жиілігімен анықталады.

v Әр зат үшін фотоэффекттің қызыл шекарасы бар – одан төмен мәнде фотоэффект мүмкін болмайтын жарық жиілігінің минимал мәні (заттың химиялық құрылымына және зат бетінің күйіне байланысты).

Фотоэффект заңдарының теориялық түсініктерін 1905 ж. Эйнштейн түсіндірді. Эйнштейннің пікірінше жарық таралғанда энергия квантары ағыны түрінде таралады. Жарық энергиясының кванты фотон деп аталады. Сонда жарық фотондар ағыны болады. Жарық квантының энергиясы жарық тербеліс жиілігіне пропорционал:

Планк тұрақтысы,

Вакуумда с жарық жылдамдығымен таралатын жарық кванттары фотондар деп аталады.

Эйнштейнше фотоэффект құбылысы кезінде әрбір электрон жеке бір фотонның әсерінен бөлініп шығады, әрбір электрон тек бір фотон энергиясын жұтады.Ол жұтылған фотон энергиясы біріншіден электронды металлдан бөліп шығару жұмысына жұмсалады, екіншіден фотоэлектронның кинетикалық энергиясына айналады, сонда сыртқы фотоэффектке арналған Эйнштейн теңдеуі:

электронның массасы, оның металл бетінен бөлініп шыққан кездегі жылдамдығы.

Бұл теңдеу фотоэлектрондардың кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігін түсіндіреді (2-заң). Эйнштейн теңдеуі бойынша фотоэлектронның кинетикалық энергиясы мынаған тең:

Демек фотоэлектронның кинетикалық энергиясы жарық тербеліс жиілігіне тәуелді.

Егер түскен жарық квант энергиясы ( ) электронның металдан шығу жұмысына тең ( )болса, онда фотоэлектронның кинетикалық энергиясы болады, бұл жағдайда сыртқы фотоэффект құбылысы байқалмайды. Фотоэффекттің қызыл шекарасы болып табылады (3-заң).