|
|
|
1. Fapte experimentale
Efectul fotoelectric a fost descoperit experimental in anul 1888 de catre Heinrich Rudolph Hertz (1857 - 1894). Efectul fotoelectric consta in emisia de electroni din materie cand aceasta este iradiata cu o radiatie electromagnetica.
N. G. Stoletov s-a ocupat intre 1880 si 1890 de stabilirea experimentala a legilor ce guverneaza efectul fotoelectric utilizand o instalatie experimentala a carei schema este prezentata in figura
Printr-o fereastra de cuart undele electromagnetice cad pe suprafata catodului. Electronii emisi de catod ajung la anod si in circuit apare un curent masurat cu galvanometrul G. Diferenta de potential dintre catod si anod se stabileste cu ajutorul bateriei si a unui reostat. Cercetarile experimentale au condus la urmatoarele concluzii:
Fig. 3.2
a) Curentul prin circuit nu apare si deci efectul fotoelectric nu se produce decat daca frecventa radiatiei incidente este superioara unei frecvente de prag 0, ce depinde numai de natura metalului din care este constituit catodul.
b) Efectul fotoelectric este instantaneu (nu prezinta inertie).
c) Pastrand parametrii experimentali constanti, intensitatea curentului functie de diferenta de potential intre anod si catod variaza conform curbei prezentate in figura 3.3.
Fig. 3.3
Se constata, deci, ca electronii emisi din catod au o energie a carei valoare maxima este e V0.
d) Variind frecventa radiatiei incidente (bine inteles n > n0) se constata ca valoarea energiei maxime a electronilor emisi este o functie liniara de frecventa (fig. 3.4):
(3.8)
unde este o constanta universala, iar este tot o constanta ce depinde doar de natura metalului catodului.
Fig. 3.4
e) Intensitatea curentului prin circuit este proportionala cu fluxul radiatiei incidente (toti ceilalti parametrii find constanti).
i = C
unde C este o constanta ce depinde de montaj.
2. Explicatia lui Einstein privind efectul fotoelectric
Conform fizicii clasice, energia campului electromagnetic este transferata electronilor din materie prin actiunea unei forte electrice. Teoria clasica nu poate explica existenta unei frecvente de prag. Conform acesteia acest minim de energie, ce trebuie furnizat electonilor pentru a-i extrage din matrie, nu trebuie sa depinda de frecventa.
De asemenea, conform teoriei clasice, energia transmisa electronilor ar trebui sa se acumuleze pana la atingerea pragului ce ar duce la extragerea electronilor. Aceasta ar insemna ca efectul fotoelectric nu poate fi instantaneu, fapt ce contrazice rezultatele experientelor efectuate.
In 1905 Einstein (1879 - 1955) reluand ipoteza lui Planck, afirma ca electronii din catodul considerat absorb in intregime cuante de energie h, iar energia electronilor la parasirea catodului este in acest caz (formula lui Einstein):
(3.9)
unde E este energia cheltuita de electroni, prin ciocniri, pentru a ajunge la suprafata catodului, iar Lex este lucrul mecanic de extractie al electronilor pentru catodul considerat.
Pe baza formulei (3.9) se pot explica legile experimentale ale efectului fotoelectric enuntate mai sus. Astfel pentru electronii pentru care E = 0, energia cinetica va fi maxima:
Se obtie in acest fel relatia (3.8) ce constituie una din legile experimentale cantitative ale efectului fotoelectric. Aceasta relatie permite o verificare cantitativa a formulei lui Einstein. Daca intre catod si anod se aplica o tensiune de franare Uf, o parte din electronii emisi de catod nu vor mai ajunge la anod, deci intensitatea curentului prin circuit o sa scada. Crescand valoarea tensiunii de franare se ajunge la situatia in care nici un electron nu mai poate ajunge la anod si intensitatea curentului devine zero (vezi curba din figura 3.3). Se obtine astfel:
sau
(3.10)
unde Uex este potentialul de iesire pentru catodul utilizat. Masurand dependenta tensiunii maxime de franare de frecventa se obtine o dreapta cu panta h/e. Experiente de acest tip au fost realizate pentru prima oara de R. A. Millikan (1868 - 1953) in anul 1915.
