Презентация - Опыт А.Г. Столетова по фотоэффекту

Опыт А. Г. Столетов по фотоэффекту
Выполнил ученик 11 класса Тольский Илья

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.

В конце XIX века теории фотоэффекта не существовало; даже экспериментальные данные по нему были отрывочными и в основном качественными, поэтому Александру Григорьевичу Столетову изучал его свойства напрямую. Схема экспериментов Столетова 1888–1890 годов изображена на рисунке ниже.

Из герметичной камеры B частично или полностью откачивался воздух. Внутри этой камеры располагалось два электрода: цельный металлический катод К и выполненный в виде металлической сетки анод А. Свет от дуговой лампы проникал в камеру через кварцевое окошко (стекло практически не пропускает ультрафиолет) и благодаря устройству анода свободно падал на металлическую поверхность катода. Между катодом и анодом создавалось достаточно высокое напряжение (до 250 вольт), а ток в анодной цепи измерялся с помощью чувствительного гальванометра Г Столетов обнаружил, что при падении света на катод в цепи начинает течь фототок, который исчезает при закрывании кварцевого окошка. Наличие фототока наблюдалось и при наличии воздуха, и при его отсутствии — поэтому эффект никак не связан с ионизацией воздуха электромагнитным излучением.

Об отсутствии этой связи также говорит зарядовая несимметричность эффекта: при подключении к аноду отрицательного напряжения относительно катода ток не начинал идти и при освещении последнего (на самом деле, ничтожный ток тек, но это происходило из-за частичного поглощения света сетчатым анодом). Из опыта следовало, что источником носителей заряда фототока является не воздух, а освещаемый катод, причем заряд этих носителей отрицательный.
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.

Таким образом, качественная сторона явления была исследована. Далее Столетов приступил к выяснению количественных характеристик фотоэффекта, освещая катод монохроматическим светом различной интенсивности и длины волны , а также меняя напряжение батареи . Варьировалось также давление воздуха в камере, расстояние между электродами и до дуговой лампы, материал окошка и металлы, из которых выполнены катод и анод. На основе многочисленных опытов по наблюдению внешнего фотоэффекта Столетов сформулировал три эмпирических закона: Фототок, возникающий при освещении отрицательного электрода светом фиксированной длины волны, пропорционален интенсивности света и площади электрода. Максимальная кинетическая энергия носителей фототока линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности. Фотоэффект имеет место, если частота падающего света больше некоторой пороговой частоты , зависящей только от материала катода.Данная пороговая частота называется красной границей фотоэффекта.

Столетов обнаружил, что у более электроотрицательных металлов (медь, золото) фотоэффект менее проявлен, чем у менее электроотрицательных (алюминий, цинк). Кроме того, он обнаружил, что фоточувствительность резко падает при намачивании катода обычной водой — несмотря на то, что она хорошо пропускает ультрафиолет. Чтобы не принимать в расчет изменения показаний гальванометра при незаметных глазу изменениях свечения электрической дуги, использовался контрольный прибор — точно такая же камера, но с не изменяемыми в течение опыта параметрами. Параметры первого прибора (напряжение между электродами, материал катода и т.д.) менялись — но перед записью новой серии данных Столетов удостоверивался в неизменности параметров дуги с помощью контрольной камеры.