Законы Столетова. 
Фотоэффект и его применение

Впервые (1888−1890), подробно анализируя явление фотоэффекта, русский физик А. Г. Столетов получил принципиально важные результаты. В отличие от предыдущих исследователей он брал малую разность потенциалов между электродами. Схема опыта Столетова представлена на следующем изображении.

Рис. 2.

Два электрода (один в виде сетки, другой — плоский), находящиеся в вакууме, присоединены к батарее. Включенный в цепь амперметр служит для измерения возникающей силы тока. Облучая катод светом различных длин волн, Столетов пришел к выводу, что наиболее эффективное действие оказывают ультрафиолетовые лучи. Кроме того, было установлено, что сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.

Столетов установил следующие основные закономерности, которым подчиняется фотоэффект:

• 1. При неизменном спектральном составе света сила фототока насыщения прямо пропорциональна падающему на катод световому потоку.
• 2. Начальная кинетическая энергия вырванных светом электронов линейно растет с ростом частоты света и не зависит от его интенсивности.
• 3. Фотоэффект не возникает, если частота света меньше некоторой характерной для каждого металла величины, называемой красной границей.

Первую закономерность фотоэффекта, а также возникновение самого фотоэффекта легко объяснить, исходя из законов классической физики. Действительно, световое поле, воздействуя на электроны внутри металла, возбуждает их колебания. Амплитуда вынужденных колебаний может достичь такого значения, при котором электроны покидают металл; тогда и наблюдается фотоэффект.

Ввиду того, что согласно классической теории интенсивность света прямо пропорциональна квадрату электрического вектора, число вырванных электронов растет с увеличением интенсивности света.

Вторая и третья закономерности фотоэффекта законами классической физики не объясняются.

Рис. 3.

Изучая зависимость фототока, возникающего при облучении металла потоком монохроматического света, от разности потенциалов между электродами (такая зависимость обычно называется вольт — амперной характеристикой фототока), установили, что:

• 1) фототок возникает не только при ц = 0, но и при ц < 0;
• 2) фототок отличен от нуля до строго определенного для данного металла отрицательного значения разности потенциалов, так называемого задерживающего потенциала;
• 3) величина задерживающего потенциала не зависит от интенсивности падающего света;
• 4) фототок растет с уменьшением абсолютного значения задерживающего потенциала;
• 5) величина фототока растет с ростом ц и с какого-то определенного значения ц фототок (так называемый ток насыщения) становится постоянным;
• 6) величина тока насыщения растет с увеличением интенсивности падающего света;
• 7) величина задерживающего потенциала зависит от частоты падающего света.
• 8) скорость вырванных под действием света электронов не зависит от интенсивности света, а зависит только от его частоты.