Хтось досліджував фотоефект. Велика енциклопедія нафти та газу

Вступ

1. Історія відкриття фотоефекту

2. Закони Столетова

3. Рівняння Ейнштейна

4. Внутрішній фотоефект

5. Застосування явища фотоефекту

Список літератури

Вступ

Численні оптичні явища несуперечливо пояснювали, виходячи з уявлень про хвильову природу світла. Однак наприкінці XIX – на початку XX ст. були відкриті та вивчені такі явища, як фотоефект, рентгенівське випромінювання, ефект Комптону, випромінювання атомів та молекул, теплове випромінювання та інші, пояснення яких з хвильової точки зору виявилося неможливим. Пояснення нових експериментальних фактів було отримано з урахуванням корпускулярних поглядів на природу світла. Виникла парадоксальна ситуація, пов'язана із застосуванням абсолютно протилежних фізичних моделей хвилі та частки для пояснення оптичних явищ. В одних явищах світло виявляло хвильові властивості, в інших – корпускулярні.

Серед різноманітних явищ, у яких проявляється вплив світла на речовину, важливе місце займає фотоелектричний ефект, тобто випромінювання електронів речовиною під впливом світла. Аналіз цього явища призвів до уявлення про світлові кванти і відіграв надзвичайно важливу роль у розвитку сучасних теоретичних уявлень. Водночас фотоелектричний ефект використовується у фотоелементах, що отримали виключно широке застосування в найрізноманітніших галузях науки і техніки і обіцяють ще багатші перспективи.

1. Історія відкриття фотоефекту

Відкриття фотоефекту слід віднести до 1887, коли Герц виявив, що освітлення ультрафіолетовим світлом електродів іскрового проміжку, що знаходиться під напругою, полегшує проскакування іскри між ними.

Явище, виявлене Герцом, можна спостерігати наступного легко здійсненному досвіді (рис. 1).

Величина іскрового проміжку F підбирається таким чином, що у схемі, що складається з трансформатора Т і конденсатора С, іскра насилу проскакує (один – два рази на хвилину). Якщо висвітлити електроди F, виготовлені з чистого цинку, світлом ртутної лампи Hg, то розряд конденсатора значно полегшується: іскра починає проскакувати. 1. Схема досвіду Герца.

Фотоефект був пояснений в 1905 Альбертом Ейнштейном (за що в 1921 він отримав Нобелівську премію) на основі гіпотези Макса Планка про квантову природу світла. У роботі Ейнштейна містилася важлива нова гіпотеза - якщо Планк припустив, що світло випромінюється лише квантованими порціями, то Ейнштейн вже вважав, що світло існує тільки у вигляді квантових порцій. З уявлення про світло як про частинки (фотони) негайно випливає формула Ейнштейна для фотоефекту:

, - кінетична енергія електрона, що вилітає, - робота виходу для даної речовини, - частота падаючого світла, - постійна Планка, яка виявилася рівно тією ж, що і у формулі Планка для випромінювання абсолютно чорного тіла.

З цієї формули випливає існування червоного кордону фотоефекту. Таким чином, дослідження фотоефекту були одними з перших квантово-механічних досліджень.

2. Закони Столетова

Вперше (1888-1890), докладно аналізуючи явище фотоефекту, російський фізик А.Г. Столєтов отримав принципово важливі результати. На відміну від попередніх дослідників, він брав малу різницю потенціалів між електродами. Схема досвіду Столетова представлено рис. 2.

Два електроди (один у вигляді сітки, інший – плоский), що знаходяться у вакуумі, приєднані до батареї. Включений у ланцюг амперметр служить для вимірювання сили струму, що виникає. Опромінюючи катод світлом різних довжин хвиль, Столетов дійшов висновку, що найбільше ефективна діянадають ультрафіолетові промені. Крім того, було встановлено, що сила струму, що виникає під дією світла, прямо пропорційна його інтенсивності.

У 1898 р. Ленард і Томсон методом відхилення зарядів в електричному та магнітному поляхвизначили питомий заряд заряджених частинок Рис. 2. Схема досвіду Столетова.

світлом з катода, і отримали вираз

СГСЄ од. з/р, що з відомим питомим зарядом електрона. Звідси випливало, що під впливом світла відбувається виривання електронів із речовини катода.

Шляхом узагальнення отриманих результатів було встановлено такі закономірностіфотоефекту:

1. При незмінному спектральному складі світла сила фотоструму насичення прямо пропорційна світловому потоку, що падає на катод.

2. Початкова кінетична енергія вирваних світлом електронів лінійно зростає зі зростанням частоти світла і залежить від його інтенсивності.

3. Фотоефект не виникає, якщо частота світла менше деякої характерної для кожного металу величини

, званий червоний кордон.

Першу закономірність фотоефекту, і навіть виникнення самого фотоефекту легко пояснити, з законів класичної фізики. Справді, світлове поле, впливаючи на електрони всередині металу, збуджує їх коливання. Амплітуда вимушених коливань може досягти такого значення, при якому електрони залишають метал; тоді і спостерігається фотоефект.

Зважаючи на те, що згідно класичної теоріїінтенсивність світла прямо пропорційна квадрату електричного вектора, кількість вирваних електронів зростає зі збільшенням інтенсивності світла.

Друга та третя закономірності фотоефекту законами класичної фізики не пояснюються.

Вивчаючи залежність фотоструму (рис. 3), що виникає при опроміненні металу потоком монохроматичного світла від різниці потенціалів між електродами (така залежність зазвичай називається вольт – амперною характеристикоюфотоструму), встановили, що: 1) фотострум виникає не тільки при

, а й при ; 2) фотострум відмінний від нуля до строго визначеного для даного металу негативного значення різниці потенціалів, так званого затримуючого потенціалу; 3) величина замикаючого (затримуючого) потенціалу не залежить від інтенсивності падаючого світла; 4) фотострум зростає зі зменшенням абсолютного значення затримуючого потенціалу; 5) величина фотоструму зростає зі зростанням і з якогось певного значення фотострумів (так званий струм насичення) стає постійним; 6) величина струму насичення зростає зі збільшенням інтенсивності падаючого світла; 7) величина затримуючого Мал. 3. Характеристика

потенціалу залежить від частоти падаючого світла; фотоструму.

8) швидкість вирваних під впливом світла електронів залежить від інтенсивності світла, а залежить від його частоти.

3. Рівняння Ейнштейна

Явище фотоефекту і його закономірності добре пояснюються з допомогою квантової теорії світла, що підтверджує квантову природу світла.

Як було зазначено, Ейнштейн (1905 р.), розвиваючи квантову теорію Планка, висунув ідею, за якою як випромінювання і поглинання, а й поширення світла відбувається порціями (квантами), енергія і імпульс яких.

1. Історія відкриття фотоефекту

2. Закони Столетова

3. Рівняння Ейнштейна

4. Внутрішній фотоефект

5. Застосування явища фотоефекту

Вступ

Історія відкриття фотоефекту

Явище, виявлене Герцом, можна спостерігати наступного легко здійсненному досвіді (рис. 1).

де - кінетична енергія електрона, що вилітає, - робота виходу для даної речовини, - частота падаючого світла, - постійна Планка, яка виявилася рівно тією ж, що і у формулі Планка для випромінювання абсолютно чорного тіла.

Закони Столетова

Два електроди (один у вигляді сітки, інший – плоский), що знаходяться у вакуумі, приєднані до батареї. Включений у ланцюг амперметр служить для вимірювання сили струму, що виникає. Опромінюючи катод світлом різних довжин хвиль, Столетов дійшов висновку, що найбільш ефективну дію мають ультрафіолетові промені. Крім того, було встановлено, що сила струму, що виникає під дією світла, прямо пропорційна його інтенсивності.

У 1898 р. Ленард і Томсон методом відхилення зарядів в електричному і магнітному полях визначили питомий заряд заряджених частинок Рис. 2. Схема досвіду Столетова.

світлом з катода, і отримали вираз

Шляхом узагальнення отриманих результатів було встановлено такі закономірностіфотоефекту:

3. Фотоефект не виникає, якщо частота світла менше деякої характерної для кожного металу величини, яка називається червоною межею.

Зважаючи на те, що згідно з класичною теорією інтенсивність світла прямо пропорційна квадрату електричного вектора, кількість вирваних електронів зростає зі збільшенням інтенсивності світла.

Друга та третя закономірності фотоефекту законами класичної фізики не пояснюються.

Вивчаючи залежність фотоструму (рис. 3), що виникає при опроміненні металу потоком монохроматичного світла, від різниці потенціалів між електродами (така залежність зазвичай називається вольт - амперною характеристикою фотоструму), встановили, що: 1) фотострум виникає не тільки при , але і при ; 2) фотострум відмінний від нуля до строго визначеного для даного металу негативного значення різниці потенціалів, так званого затримуючого потенціалу; 3) величина замикаючого (затримуючого) потенціалу не залежить від інтенсивності падаючого світла; 4) фотострум зростає зі зменшенням абсолютного значення затримуючого потенціалу; 5) величина фотоструму зростає зі зростанням і з якогось певного значення фотострумів (так званий струм насичення) стає постійним; 6) величина струму насичення зростає зі збільшенням інтенсивності падаючого світла; 7) величина затримуючого Мал. 3. Характеристика

потенціалу залежить від частоти падаючого світла; фотоструму.

Рівняння Ейнштейна

де – одиничний вектор, спрямований хвильовим вектором. Застосовуючи до явища фотоефекту в металах закон збереження енергії, Ейнштейн запропонував таку формулу:

, (1)

де робота виходу електрона з металу, – швидкість фотоелектрона. Згідно з Ейнштейном, кожен квант поглинається тільки одним електроном, причому частина енергії падаючого фотона витрачається на виконання виходу електрона металу, частина, що залишилася, повідомляє електрону кінетичну енергію.

Як випливає з (1), фотоефект в металах може виникнути тільки при , інакше енергія фотона буде недостатньою для виривання електрона з металу. Найменша частота світла, під дією якого відбувається фотоефект, визначається, очевидно, з умови

Частота світла, яка визначається умовою (2), називається «червоним кордоном» фотоефекту. Слово "червона" не має жодного відношення до кольору світла, при якому відбувається фотоефект. Залежно від роду металів «червона межа» фотоефекту може відповідати червоному, жовтому, фіолетовому, ультрафіолетовому світлу тощо.

За допомогою формули Ейнштейна можна пояснити інші закономірності фотоефекту.

Припустимо, що між анодом і катодом існує гальмуючий потенціал. Якщо кінетична енергія електронів достатня, то вони, подолавши поле, що гальмує, створюють фотострум. У фотоструму беруть участь ті електрони, для яких задовольняється умова . Величина затримуючого потенціалу визначається за умови

, (3)

де - Максимальна швидкість вирваних електронів. Мал. 4.

Підставивши (3) до (1), отримаємо

Таким чином, величина затримуючого потенціалу не залежить від інтенсивності, а залежить від частоти падаючого світла.

Роботу виходу електронів з металу та постійну Планку можна визначити, побудувавши графік залежності від частоти падаючого світла (рис. 4). Як бачимо, і відрізок, отсекаемый від осі потенціалу, дає .

Зважаючи на те, що інтенсивність світла прямо пропорційна кількості фотонів, збільшення інтенсивності падаючого світла призводить до збільшення числа вирваних електронів, тобто до збільшення фотоструму.

Формула Ейнштейна для фотоефекту в неметаллах має вигляд

Наявність – роботи відриву пов'язаного електрона від атома всередині неметалів – пояснюється тим, що на відміну від металів, де є вільні електрони, в неметаллах електрони знаходяться у зв'язаному з атомами стані. Очевидно, при падінні світла на неметали частина світлової енергії витрачається на фотоефект в атомі - на відрив електрона від атома, а частина, що залишилася, витрачається на роботу виходу електрона і повідомлення електрону кінетичної енергії.

Електрони провідності не залишають спонтанно метал у помітній кількості. Це тим, що метал представляє їм потенційну яму. Залишити метал вдається тільки тим електронам, енергія яких виявляється достатньою для подолання потенційного бар'єру, що є на поверхні. Сили, які зумовлюють цей бар'єр, мають таке походження. Випадкове видалення електрона від зовнішнього шару позитивних іонівграти призводить до виникнення там, яке залишив електрон, надлишкового позитивного заряду. Кулонівська взаємодія із цим зарядом змушує електрон, швидкість якого не дуже велика, повернутися назад. Таким чином, окремі електрони постійно залишають поверхню металу, віддаляються від неї на кілька міжатомних відстаней і потім повертають назад. В результаті метал виявляється оточеним тонкою хмарою електронів. Ця хмара утворює разом із зовнішнім шаром іонів подвійний електричний шар (рис. 5; кружки – іони, чорні точки – електрони). Сили, що діють на електрон у такому шарі, спрямовані всередину металу. Робота, що здійснюється проти цих сил під час перекладу електрона з металу назовні, йде збільшення потенційної енергії електрона (рис. 5).

Таким чином, потенційна енергія валентних електронів усередині металу менша, ніж поза металом, на величину, що дорівнює глибині потенційної ями (рис. 6). Зміна енергії відбувається на довжині порядку кількох міжатомних відстаней, тому стінки ями вважатимуться вертикальними.

Потенційна енергія електрона Мал. 6.

та потенціал тієї точки, в якій знаходиться електрон, мають протилежні знаки. Звідси випливає, що потенціал усередині металу більший, ніж потенціал у безпосередній близькості до його поверхні, на величину .

Повідомлення металу надлишкового позитивного заряду збільшує потенціал як на поверхні, так і всередині металу. Потенційна енергія електрона відповідно зменшується (рис. 7 а).

За початок відліку прийнято значення потенціалу та потенційної енергії на нескінченності. Повідомлення негативного заряду знижує потенціал усередині та поза металом. Відповідно, потенційна енергія електрона зростає (рис. 7, б).

Повна енергія електрона в металі складається з потенційної та кінетичної енергій. При абсолютному нулі значення кінетичної енергії електронів провідності укладено в межах від нуля до ферми енергії , що збігається з рівнем . На рис. 8 енергетичні рівні зони провідності вписані в потенційну яму (пунктиром зображені незайняті при 0К рівні). Для видалення за межі металу різним електронам потрібно повідомити неоднакову енергію. Так, електрону, що знаходиться на самому нижньому рівнізони провідності, необхідно повідомити енергію; для електрона, що знаходиться на рівні Фермі, достатня енергія .

Найменша енергія, яку необхідно повідомити електрону для того, щоб видалити його з твердого або рідкого тіла у вакуум, називається роботою виходу.Робота виходу електрона з металу визначається виразом

Ми отримали цей вираз у припущенні, що температура металу дорівнює 0К. За інших температур роботу виходу також визначають як різницю глибини потенційної ями та рівня Фермі, тобто поширюють визначення (4) на будь-які температури. Це визначення застосовується і напівпровідників.

Рівень ферми залежить від температури. Крім того, через обумовлену тепловим розширенням зміни середніх відстаней між атомами злегка змінюється глибина потенційної ями . Це призводить до того, що робота виходу залежить від температури.

Робота виходу дуже чутлива до стану поверхні металу, зокрема її чистоті. Підібравши належним чином Мал. 8.

покриття поверхні можна сильно знизити роботу виходу. Так, наприклад, нанесення на поверхню вольфраму шару оксиду лужноземельного металу (Ca, Sr, Ba) знижує роботу виходу з 4,5 еВ (для чистого W) до 1,5 – 2 еВ.

Внутрішній фотоефект

Вище ми говорили про звільнення електронів з поверхні речовини, що освітлюється, і перехід їх в інше середовище, зокрема у вакуум. Таке випромінювання електронів називають фотоелектронною емісією, а саме явище зовнішнім фотоефектом.Поряд із ним відомий також і широко використовується в практичних цілях так званий внутрішній фотоефект, При якому, на відміну від зовнішнього, оптично збуджені електрони залишаються усередині освітленого тіла, не порушуючи нейтральності останнього. При цьому в речовині змінюється концентрація носіїв заряду або їх рухливість, що призводить до зміни електричних властивостей речовини під впливом світла. Внутрішній фотоефект властивий лише напівпровідникам та діелектрикам. Його можна виявити, зокрема, зміни провідності однорідних напівпровідників при їх освітленні. На основі цього явища – фотопровідностістворено та постійно вдосконалюється велика група приймачів світла – фоторезисторів. Для них використовується в основному селенід та сульфід кадмію.

У неоднорідних напівпровідниках поряд із зміною провідності спостерігається також утворення різниці потенціалів (фото – е.р.с.). Це явище (фотогальванічний ефект) обумовлено тим, що через однорідність провідності напівпровідників відбувається просторовий поділ усередині обсягу провідника оптично збуджених електронів, що несуть негативний заряд і мікрозон (дірок), що виникають у безпосередній близькості від атомів, від яких відірвалися електрони, і подібно до частинок несучих позитивний елементарний заряд. Електрони та дірки концентруються на різних кінцях напівпровідника, внаслідок чого і виникає електрорушійна сила, завдяки якій і виробляється без застосування зовнішньої е.р.с. електричний струму навантаженні, підключеному паралельно освітленому напівпровіднику. Таким чином досягається пряме перетворення світлової енергії на електричну. Саме з цієї причини фотогальванічні приймачі світла і використовуються не тільки для реєстрації світлових сигналів, але і в електричних ланцюгах як джерела електричної енергії.

Основні промислово випускаються типи таких приймачів працюють на основі селену та сірчистого срібла. Дуже поширений також кремній, германій та ряд сполук – GaAs, InSb, CdTe та інші. Фотогальванічні елементи, що використовуються для перетворення сонячної енергії на електричну, набули особливо широкого застосування в космічних дослідженнях як джерела бортового живлення. Вони мають відносно високий коефіцієнт корисної дії(До 20%), дуже зручні в умовах автономного польоту космічного корабля. У сучасних сонячних елементах залежно від напівпровідникового матеріалу фото – е.р.с. досягає 1 - 2 В, знімання струму з - декількох десятків міліампер, а на 1 кг маси вихідна потужність досягає сотень ват.

ФОТОЕФЕКТ, група явищ, пов'язаних зі звільненням електронів твердого тіла від внутрішньоатомного зв'язку під впливом електромагнітного випромінювання. Розрізняють: 1) зовнішній фотоефект, або фотоелектронна емісія, випромінювання електронів із поверхні… … Сучасна енциклопедія

Явище, пов'язане з визволенням електронів твердого тіла (або рідини) під дією електромагнітного випромінювання. Розрізняють:..1) зовнішній фотоефект випромінювання електронів під впливом світла (фотоелектронна емісія), ? випромінювання та ін;..2)… … Великий Енциклопедичний словник

Випускання ел нов у вом під дією ел. магн. випромінювання. Ф. був відкритий у 1887 ньому. фізиком Г. Герцем. Перші фундам. Дослідження Ф. виконані А. Р. Столетовим (1888), а потім нім. фізиком Ф. Ленардом (1899). Перше теоретичне. пояснення законів … Фізична енциклопедія

Сущ., кіл у синонімів: 2 фото ефект (1) ефект (29) Словник синонімів ASIS. В.М. Тришин. 2013 … Словник синонімів

фотоефект- - [В.А.Семенов. Англо-російський словник з релейного захисту] Тематики релейний захист EN photoeffect … Довідник технічного перекладача

ФОТОЕФЕКТ- (1) вентильне виникнення електрорушійної сили (фотоЕРС) між двома різнорідними напівпровідниками або між напівпровідником та металом під дією електромагнітного випромінювання; (2) Ф. зовнішній (фотоелектронна емісія) випромінювання електронів з … Велика політехнічна енциклопедія

А; м. Фіз. Зміна властивостей речовини під впливом світлової енергії; фотоелектричний ефект. * * * фотоефект явище, пов'язане зі звільненням електронів твердого тіла (або рідини) під дією електромагнітного випромінювання. Розрізняють: … … Енциклопедичний словник

Випускання електронів речовиною під впливом електромагнітного випромінювання (Фотонів). Ф. був відкритий у 1887 р. Герцем. Перші фундаментальні дослідженняФ, виконані А. Р. Столетовим (1888). Він встановив, що у виникненні фотоструму в ... Велика радянська енциклопедія

- (Див. фото ... + афект) фіз. зміна електричних властивостей речовини під дією електромагнітних випромінювань (світла, ультрафіолетових, рентгенівських та інших променів), напр, випромінювання електронів назовні під дією світла (зовнішній ф.), зміна… Словник іноземних слів російської мови

Книги

, П.С. Тартаковський. Відтворено в оригінальній авторській орфографії видання 1940 року (видавництво ГІТТЛ). У…
Внутрішній фотоефект у діелектриках, П.С. Тартаковський. Ця книга буде виготовлена відповідно до Вашого замовлення за технологією Print-on-Demand. Відтворено в оригінальній авторській орфографії видання 1940 року (видавництво "ГІТТЛ").

Сторінка 1

Явище фотоефекту, відкрите 1887 р. Герцем і детально досліджене А. Р. Столетовим, у тому, що метали (чи напівпровідники) при дії ними світла випускають електрони. Пояснити фотоефект виходячи з хвильової теоріїсвітла неможливо. Проте виліт електронів спостерігається відразу після освітлення металу. Крім того, згідно з хвильовою теорією, енергія Е3 електронів, що випускаються металом, повинна бути пропорційна інтенсивності падаючого світла. Однак було встановлено, що Ее від інтенсивності світла не залежить, а залежить від його частоти, збільшуючись із зростанням v; зростання інтенсивності призводить лише до збільшення числа електронів, що вилітають з металу.

Явище фотоефекту полягає у вириванні електронів з речовини, що падає на нього світлом. Основні риси цього явища зводяться до наступного. Пучок світла, що падає на поверхню металу, звільняє з металу електрони за умови, що частота світла вище певного критичного значення, що залежить від роду металу. Кількість електронів, що вириваються в одиницю часу, при незмінному спектральному складі випромінювання пропорційно падаючого на поверхню металу світловому потоку.

Статичні характеристики германієвого фотодіода.

Явище фотоефекту можна використовувати також у р-п-переході, який подано зворотне напруга.

Явище фотоефекту виявляється при освітленні цинкової пластини, з'єднаної зі стрижнем електрометра.

Явище фотоефекту, відкрите 1889 р. А. Р. Столетовим, у тому, що метали (чи напівпровідники) при дії ними світла випускають електрони. Пояснити фотоефект виходячи з хвильової теорії світла неможливо. Проте виліт електронів спостерігається відразу після освітлення металу. Крім того, згідно з хвильовою теорією, енергія Еа електронів, що випускаються металом, повинна бути пропорційна інтенсивності падаючого світла. Однак було встановлено, що Ее від інтенсивності світла не залежить, а залежить від його частоти, збільшуючись із зростанням v; зростання інтенсивності призводить лише до збільшення числа електронів, що вилітають з металу.

Явище фотоефекту, відкрите А. Р. Столетовим в 1888 р., у тому, що під впливом світла з поверхні різних тілвириваються електрони, внаслідок чого дане тіло набуває заряду. Причому це явище спостерігається лише за умови, якщо енергія світлового кванта більша за роботу, необхідну для відриву електрона з поверхні даної речовини, та повідомлення йому деякої кінетичної енергії.

Явище фотоефекту полягає в тому, що промені світла, падаючи на будь-яке тіло (незалежно від його хімічної природи та фізичного стану), вибивають із нього електрони.

Явище фотоефекту було вперше виявлено 1819 р. російським хіміком Гротгусом.

Вперше явище фотоефекту було помічено Герцем у 1887 р. Герц виявив, що опромінення іскрового проміжку ультрафіолетовими променямиполегшує розряд.

Сутність явища фотоефекту полягає в тому, що при освітленні поверхні металів або напівпровідників частинки променистої енергії проникають у поверхневі шари освітленого тіла та повідомляють його електронам додаткову енергію. Внаслідок цього електрони освітленого тіла починають рухатися з великими швидкостями і виходять зі своїх звичайних орбіт руху. Це явище прискорення руху електронів освітленого тіла під дією променистої енергії та названо явищем фотоефекту.

У явищі фотоефекту електрони, що вириваються з поверхні металу випромінюванням частотою 2 - 104 Гц, повністю затримуються гальмуючим полем при різниці потенціалів 7, а при частоті 4 - Ю1 Гц - при різниці потенціалів 15 В.

Гіпотеза Планка, що блискуче вирішила завдання теплового випромінювання чорного тіла, отримала підтвердження подальший розвитокпри поясненні фотоефекту - явища, відкриття та дослідження якого відіграло важливу роль у становленні квантової теорії. У 1887 році Г. Герц виявив, що при освітленні негативного електрода ультрафіолетовими променями розряд між електродами відбувається при меншій напрузі. Це, як показали досліди У. Гальвакса (1888 р.) і А.Г. Столетова (1888–1890 рр.), зумовлено вибиванням під впливом світла негативних зарядів з електрода. Електрон ще не було відкрито. Лише 1898 року Дж.Дж. Томпсон і Ф. Леонард, вимірявши питомий заряд частинок, що випускаються тілом, встановили, що це електрони.

Розрізняють фотоефект зовнішній, внутрішній, вентильний та багатофотонний фотоефект.

Зовнішнім фотоефектом називається випромінювання електронів речовиною під впливом електромагнітного випромінювання. Зовнішній фотоефектспостерігається в твердих тілах(Металах, напівпровідниках, діелектриках), а також у газах на окремих атомах і молекулах (фотоіонізація).

Внутрішній фотоефект – це викликані електромагнітним випромінюванням переходи електронів усередині напівпровідника чи діелектрика із зв'язаних станів у вільні без вильоту назовні. В результаті концентрація носіїв струму всередині тіла збільшується, що призводить до виникнення фотопровідності (підвищення електропровідності напівпровідника або діелектрика при його освітленні) або виникнення електрорушійної сили (ЕРС).

Вентильний фотоефект є різновидом внутрішнього фотоефекту, це виникнення ЕРС (фото ЕРС) при освітленні контакту двох різних напівпровідників або напівпровідника і металу (за відсутності зовнішнього електричного поля). Вентильний фотоефект відкриває шляхи для прямого перетворення сонячної енергії на електричну.

Багатофотонний фотоефект можливе, якщо інтенсивність світла дуже велика (наприклад, при використанні лазерних пучків). При цьому електрон, що випускається металом, може одночасно отримати енергію не від одного, а кількох фотонів.

Перші фундаментальні дослідження фотоефекту виконані російським ученим А.Г. Столітовим. Принципова схемадля дослідження фотоефекту наведено на рис. 2.1.


	Мал. 2.1	Мал. 2.2

Два електроди (катод Доз досліджуваного матеріалу та анод А, в якості якого Столетов застосовував металеву сітку) у вакуумній трубці підключені до батареї так, що за допомогою потенціометра Rможна змінювати як значення, а й знак напруги, що подається на них. Струм, що виникає при освітленні катода монохроматичним світлом (через кварцове скло), вимірюється включеним у ланцюг міліамперметром.

У 1899 р. Дж. Дж. Томпсон та Ф. Ленард довели, що при фотоефекті світло вибиває з речовини електрони.

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) фотоефекту – залежність фотоструму I, що утворюється потоком електронів, від напруги, – наведено на рис. 2.2.

Така залежність відповідає двом різним енергетичним освітленням катода (частота світла обох випадках однакова). У міру збільшення Uфотострум поступово зростає, тобто. Усе більша кількістьфотоелектронів сягає анода. Пологий характер кривих показує, що електрони вилітають із катода з різними швидкостями.

Максимальне значення фотоструму насиченнявизначається таким значенням напруги U, При якому всі електрони, що випускаються катодом, досягають анода:

де n- Число електронів, що випускаються катодом в 1 с.

З ВАХ випливає, при U= 0 фотострумів не зникає. Отже, електрони, вибиті з катода, мають деяку початкову швидкість υ, а значить і відмінну від нуля кінетичну енергію, тому вони можуть досягти катода без зовнішнього поля. Для того, щоб фотострум став рівним нулю, необхідно докласти затримуюча напруга . При жоден з електронів, що навіть володіє при вильоті з катода максимальною швидкістю, не може подолати затримуючого поля і досягти анода. Отже,