Фотоэлектронная эмиссия из металла.

Вопросы и задачи по темам: фотоэффект, эффект Комптона,

Тормозное рентгеновское излучение.

Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия) – испускание электронов веществом при поглощении электромагнитного излучения.

Фотоэлектронная эмиссия из металла.

В металле имеются свободные электроны, которые не связаны с каким-либо конкретным атомом и могут «свободно» перемещаться по атомной решетке под действием сколь угодно малой силы. Свободные электроны образуют своеобразный «электронный газ», распределенный по всей атомной решетке. Свободно перемещаясь внутри металла, электроны не могут самопроизвольно его покинуть, для этого им надо преодолеть некоторый энергетический барьер вблизи поверхности.

Минимальная энергия, которая требуется для удаления электрона с поверхности металла, называется работой выхода(A).

Закономерности внешнего фотоэффекта изучались с помощью фотоэлементов, подключенных к источнику электрического напряжения по схеме, показанной на рисунке 1.

  На рис.2 приведены графики зависимости

 фототока  от разности потенциалов между анодом и катодом для двух интенсивностей падающего света.

1). Фототок насыщения и закон Столетова. Если ,  фотоэлектронынаходятся

вускоряющем их электрическом поле.  

С увеличением ток достигает некоторого постоянного значения, который называется током насыщения :

     ,

где  - количество электронов, вырванных светом из катода в единицу времени, которые все достигают анода.          

           Закон Столетова.   Ток насыщения пропорционален интенсивности света: .

2). Запирающая разность потенциалов .

Если , фотоэлектроны оказываются в тормозящем электрическом поле.  Фототок при разности потенциалов  обращается в нуль, если вся кинетическая энергия  электрона с максимальной скоростью  расходуется на работу  электрического поля по его торможению:

                                                                   .

В точке поворота вблизи анода скорость такого электрона равна нулю, он меняет направление движения и, ускоряясь, возвращается к катоду. У электронов со скоростью  точки поворота находятся дальше от анода.

  Запирающая разность потенциалов и максимальная кинетическая энергия, с которой электроны вылетают из катода, не зависят от интенсивности света (рис.2), а зависят от частоты  (рис.3 и рис.4).

 Классическая физика, которая исходит из положения о волновой природе света, не может объяснить закономерности фотоэлектронной эмиссии электронов из катода.     

 Процесс поглощения фотона и передачи его энергии электрону имеет вероятностный характер.

    Если электрон, получивший энергию , находился на поверхности металла, и для преодоления потенциального барьера ему необходима энергия, равная работе выхода, то после вылета его кинетическая энергия будет максимальной.

	Уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

                                                                                                                                               или

Фотоэффект . Все ответы по этой теме следует обосновывать с помощью законов