Объяснение законов фотоэффекта

Законы фотоэффекта были объяснены А. Эйнштейном на основе квантовой теории света. Согласно этой теории, излучение, поглощение и распространение света происходит порциями-квантами электромагнитных волн, названными фотонами. Энергия фотона равна.

W_Ф = h??? (4).

где? — частота света, h = 6,62· 10^-34Дж·с — постоянная Планка.

Энергия поглощенного фотона передается целиком только одному электрону. Часть этой энергии расходуется на совершение работы выхода электрона из вещества, оставшаяся часть сообщается электрону в виде кинетической энергии. Если электрон не тратит энергию на неупругие столкновения в металле, то его кинетическая энергия при выходе из металла будет максимальна. Исходя из закона сохранения энергии, можно записать соотношение, которое и было впоследствии названо уравнением Эйнштейна,

. (5).

Работа выхода электрона A_вых зависит только от природы вещества и от состояния его поверхности. Для данного фотокатода работа выхода — величина постоянная.

Из уравнения Энштейна следует, что максимальная кинетическая энергия вылетающих из катода электронов прямо пропорциональна частоте света (Второй закон фотоэффекта).

Из этого же уравнения следует, что фотоэффект возможен, если энергия фотона h? больше или равна работе выхода электрона (h?? A_{вых). При условии h? < Aвых энергия фотона будет недостаточно для вырывания электрона из металла. Следовательно, минимальная энергия фотона h?min, при которой еще возможен фотоэффект, равна работе выхода Aвых (h?min=Aвых), а красная граница фотоэффекта}

. (6).

Красная граница фотоэффекта зависит только от работы выхода электрона, то есть от природы вещества катода (Третий закон фотоэффекта).

Световой поток определяется числом фотонов, падающих на поверхность катода в единицу времени. Следовательно, число вырванных в единицу времени электронов n (а значит и сила тока насыщения I_н) прямо пропорционально световому потоку (Первый закон фотоэффекта).