Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электродинамика изучает электромагнитное взаимодействие заряженных частиц

47. Внешний фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна
для фотоэффекта.
Еще одним из явлений, связанных с электромагнитным излучением и не поддающимся объяснению с точки зрения классической электродинамики, является фотоэффект.
Если направить мощный поток излучения (например, от электрической дуги) на металлическую пластинку, соединенную с электроскопом, то можно заметить появление на пластинке электрического заряда. Если пластинка была изначально заряжена положительно, то скорость ее разрядки, происходящей из-за утечки заряда уменьшается постепенно. Если же исходный заряд пластинки был отрицательным, то при освещении ее он исчезает практически моментально. Таким образом, можно сделать вывод, что фотоэффект — это явление вырывания электронов с поверхности тела под действием падающего на него электромагнитного излучения.
Явление фотоэффекта было открыто Г.Герцем, и тщательно исследовано А.Г.Столетовым. Схема современной установки по исследованию фотоэффекта представлена на рисунке 7.

Рис. 7
На один из электродов падает электромагнитное излучение, которое вырывает электроны из левого электрода, сообщая им некоторую кинетическую энергию. Благодаря этой энергии электроны улетают от левого электрода, а некоторые из них достигают правого электрода, и таким образом в цепи возникает электрический ток, называемый фототоком.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Теория квантов энергии, пропорциональных частоте, помогла объяснить и выявленные к тому времени закономерности фотоэффекта. Так, если принять, что электрон вылетает с поверхности вещества, только поглотив такой квант, то его энергия определяется энергией кванта, а значит и частотой.
Если принять, что излучение состоит из квантов энергии Е₀ = hv, то интенсивность излучения W = Nhv. Электроны вылетают, поглотив один такой квант. Следовательно, чем больше квантов энергии попадает на поверхность вещества в единицу времени, тем больше электронов за это же время покидают эту поверхность.
Наконец, наличие красной границы фотоэффекта может быть объяснено необходимостью совершения определенной работы по вырыванию электронов с поверхности вещества. Такую работу называют работой выхода. В случае, если квант излучения, поглощенный электроном, больше, чем работа выхода, то фотоэффект наблюдается. В противном случае электрон просто не может покинуть вещество. Красная граница фотоэффекта связана с работой выхода следующим образом: hv_кр = А_вых.
Так как работа выхода совершается при фотоэффекте на любых частотах, больших, чем v_кр, то можно записать следующее выражение:

Другими словами, энергия кванта, поглощенная электроном при фотоэффекте, расходуется на совершение работы выхода и на сообщение кинетической энергии электрону после его вылета из вещества. Эта формула получила название уравнение (формула) Эйнштейна для фотоэффекта.