Опыты Столетова - Корпускулярно-волновой дуализм - ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Схема опытов и прибор Столетова по наблюдению фотоэффекта представлены на рис. 4.1, а. Здесь С — два металлических диска, установленных параллельно друг другу (один — латунная или железная металлическая сетка, второй диск — сплошной). Диски соединены между собой проволокой, в которую введены гальваническая батарея В и чувствительный гальванометр с большим сопротивлением (5212 Ом), А — источник света (лампа с вольтовой дугой). Таким образом, две металлические пластины представляют собой конденсатор, причем металлическая сетка является положительной обкладкой конденсатора. Свет от дуги А через сетку попадает на отрицательно заряженную сплошную металлическую пластину. Из опытов Столетова следовало, что фототок через гальванометр сильнее всего растет при освещении ультрафиолетовыми лучами, сила фототока пропорциональна интенсивности освещения, и под действием света освобождаются только отрицательные заряды.

При изучении фотоэффекта строят зависимость тока I от напряжения U, подаваемого к электродам, один из которых (исследуемый фотокатод) освещается светом, (рис. 4.1, в). Из полученной зависимости I(U) следует, что при U = 0 ток не равен нулю, а для того, чтобы ток стал равным нулю, необходимо подать некоторое напряжение обратной полярности (к освещенному электроду «+», к неосвещенному — «-»), которое называется задерживающим напряжением U3 и определяется максимальной кинетической энергией вылетающих электронов: mʋ2/2 = eU3.

В процессе исследования фотоэффекта были установлены следующие закономерности.

1. Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.

2. Скорость электронов, вылетающих из тела при фотоэффекте, определяется его частотой v и не зависит от интенсивности.

3. Для каждого вещества существует предельная наименьшая частота света vmin (красная граница фотоэффекта), при которой возможен фотоэффект. Излучение с частотой v < vmin не вызывает явления фотоэффекта.

Второй и третий законы фотоэффекта нельзя объяснить в рамках классической электромагнитной теории. Они имеют квантовый характер.