Что такое фотоэлектрический эффект

В современном мире фотоэлектрический эффект используют практически повсеместно: сигнализации, солнечные панели, датчики и т. п. Давайте узнаем о таком открытии более подробно.

Что такое фотоэлектрический эффект

История открытия фотоэлектрического эффекта

Фотоэлектрический эффект был открыт еще в конце 19-го столетия, а именно в 1887 году ученым Г. Герцем, который обнаружил в ходе эксперимента, что искровой разряд между цинковыми шариками проскакивает гораздо легче когда один из шаров освещен ультрафиолетовым светом.

В том же году А. Г. Столетов выяснил, что высвобождаемый под действием света заряд имеет отрицательный знак.

В 1898 году Ленард и Томсон установили, что заряд частиц, вырываемый из вещества под действием светового потока, равен удельному заряду электрона.

Как видите, открытие вызвало неподдельный интерес в научном сообществе и практически сразу поставило огромное количество фундаментальных вопросов.

А все потому, что на тот момент ни одна теория не могла объяснить данный эффект сколь либо приемлемым образом.

Что такое фотоэлектрический эффект

Конечно, классическая теория металлов не запрещала световому потоку выбивать электроны из металла.

По классическим рассуждениям электромагнитные волны вполне могли «вымывать» электроны из структуры металла аналогично с тем, как морские волны поднимают на поверхность и прибивают к берегу различные материалы.

Вот только проблема была в том, что так просто фотоэффект объяснить не получалось и вот почему:

  1. Электроны появлялись чуть ли не мгновенно после того, как запускался процесс облучения металла световым потоком.
  2. Как оказалось, фотоэффект возникал даже при самом слабом световом потоке, а при росте интенсивности облучения энергия «вымываемых» электронов оставалась неизменной.
  3. Фотоэффект практически безынерционен.
  4. Для каждого вещества существует своя нижняя граница фотоэффекта. Это такая частота, при которой еще наблюдается данный эффект.

Эти факторы никак не вписывались в классическое видение взаимодействия света с электронами.

Что такое фотоэлектрический эффект

Решение этих проблем было найдено знаменитым физиком А. Эйнштейном в самом начале 20-го столетия. Причем найденное им решение дало серьезный импульс в развитии квантовой механики.

Так вот незадолго до открытия Эйнштейна другой ученый Макс Планк продемонстрировал, что излучение черного тела можно вполне описать, приняв допущение, что атомы могут как излучать, так и поглощать свет определенными энергетическими порциями – квантами.

Планк выдвигал предположение, что такой феномен обусловлен специфическим строением атома, а не природой света.

А вот уже Альберт Эйнштейн выдвинул теорию, что сам свет распространяется так называемыми порциями, которые получили название фотоны.

При этом фотоны обладают двойственной природой и могут вести себя как частица, так и волна.

Так вот при взаимодействии с электроном фотон может вести себя как частица, и грубо говоря, буквально вышибать электрон со своей атомарной орбиты.

Если провести аналогию, то лучше всех подходит ассоциация со столкновением двух бильярдных шаров.

Что такое фотоэлектрический эффект

И что примечательно, чтобы таким образом выбить электрон вполне хватит и одного фотона. При увеличении интенсивности света возрастает число фотонов (а значит и количество выбиваемых электронов), но не энергии отдельно рассматриваемого электрона.

А это означает, что ни энергия, ни скорость фотоэлектрона никоим образом не зависят от интенсивности светового потока. Зависимость есть только от частоты.

В результате таких рассуждений ученым была выведена следующая формула:

Что такое фотоэлектрический эффект

Это уравнение описывает энергию фотоэлектронов.

И получается, что фотоэлектрический эффект - это ни что иное как явление взаимодействия светового потока (либо же другого электромагнитного излучения) с материалом, при котором происходит выбивание электрона из атома вещества за счет точного попадания в него кванта светового потока.

Если вам понравилась статья, тогда не забудьте поставить лайк и поделиться материалом. Спасибо за ваше внимание!