Фотоефект - фізика явища

У 1887 році німецький вчений Герц відкрив вплив світла на електричний розряд. Вивчаючи іскровий розряд, Герц виявив, що якщо висвітлювати негативний електрод ультрафіолетовими променями, то розряд настає при меншій напрузі на електродах.

Далі було виявлено, що при висвітленні світлом електричної дуги негативно зарядженої металевої пластинки, з`єднаної з електроскопом, стрілка електроскопа опускається. Це свідчило про те, що освітлювана електричною дугою металева пластинка втрачає свій негативний заряд. Позитивний заряд металева пластинка при освітленні не втрачає.

Втрата металевими тілами при висвітленні їх променями світла негативного електричного заряду отримала назву фотоелектричний ефект або просто фотоефект.

Фізика цього явища вивчалася з 1888 року і знаменитим російським ученим А. Г. Столєтова.

Вивчення фотоефекту Столєтов виробляв за допомогою установки, що складається з двох невеликих дисків. Хмарно цинкова пластинка і тонка сітка встановлювалися вертикально один проти одного, утворюючи конденсатор. Його платівки з`єднувалися з полюсами джерела струму, а потім висвітлювалися світлом електричної дуги.

Світло вільно проникав через сітку на поверхню суцільного цинкового диска.

Столєтов установив, що якщо цинкова обкладка конденсатора з`єднана з негативним полюсом джерела напруги (є катодом), то гальванометр, включений в ланцюг, показує струм. Якщо ж катодом є сітка, то струм відсутній. Значить, освітлена цинкова пластинка випускає негативно заряджені частинки, які і обумовлюють існування струму в проміжку між нею і сіткою.

Столєтов, вивчаючи фотоефект, фізика якого була ще не розкрита, брав для своїх дослідів диски з самих різних металів: алюмінієві, мідні, цинкові, срібні, нікелеві. Приєднуючи їх до негативного полюса джерела напруги, він спостерігав, як під дією дуги в ланцюзі його дослідної установки виникав електричний струм. Такий струм називається фотострумом.

При збільшенні напруги між обкладинками конденсатора фототок збільшувався, досягаючи при певній напрузі свого максимального значення, званого фотострумом насичення.

Досліджуючи фотоефект, фізика якого нерозривно пов`язана із залежністю фототока насичення від величини світлового потоку, падаючого на катодну пластину, Столетов встановив наступний закон: величина фотоструму насичення, буде прямо пропорційна падаючому на металеву пластинку світлового потоку.

Цей закон носить назву Столєтова.

В подальшому було встановлено, що фотострум - потік електронів, вирваний світлом з металу.

Теорія фотоефекту знайшла широке практичне застосування. Так були створені пристрої, в основі яких лежить це явище. Називаються вони фотоелементами.

Світлочутливий шар - катод - покриває майже всю внутрішню поверхню скляного балона, за винятком невеликого віконця для доступу світла. Анод ж являє собою дротове кільце, укріплене всередині балона. У балоні - вакуум.

Якщо з`єднати кільце з позитивним полюсом батареї, а світлочутливий шар металу через гальванометр з негативним її полюсом, то при освітленні шару належним джерелом світла в ланцюзі з`явиться струм.

Можна батарею вимкнути зовсім, але і тоді ми будемо спостерігати струм, тільки дуже слабкий, тому що тільки незначна частина вириваються світлом електронів буде потрапляти на дротове кільце - анод. Для посилення ефекту необхідно напруга порядку 80-100 в.

Фотоефект, фізика якого використовується в таких елементах, можна спостерігати, використовуючи будь-який метал. Однак більшість з них, такі, як мідь, залізо, платина, вольфрам, чутливі тільки до ультрафіолетовим променям. Одні лише лужні метали - калій, натрій і особливо цезій - чутливі і до видимих променів. Вони-то і застосовуються для виготовлення катодів фотоелементів.