**Фотаэфект** — гэта выпусканне электронаў рэчывам пад дзеяннем святла (і, наогул кажучы, любога электрамагнітнага выпраменьвання). У кандэнсаваных рэчывах (цвёрдых і вадкіх) вылучаюць вонкавы і ўнутраны фотаэфект. Пры вонкавым фотаэфекце электроны вызваляюцца светам з павярхоўнага пласта рэчыва і пераходзяць у іншае асяроддзе, часцей за ўсё ў вакуум. Пры ўнутрнаным фотаэфекте аптычна ўзбуджаныя эелектроны застаюцца ўнутры асвячаемага цела, не парушая электрычную нейтральнасць апошняга. Для абгрунтавання гіпотэзы фатонаў асноўнае значэнне мае з'ява вонкавага фотаэфекту.

Законы фотаэфекту:

**Першы закон фотаэфекту**: *сіла фотатоку прама прапарцыйная шчыльнасці светлавога патоку*.

**Другі закон фотаэфекту**: *максімальная кінетычная энергія электронаў, што выбіваюцца святлом, лінейна ўзрастае з частатой святла і не залежыць ад яго інтэнсіўнасці*.

**Трэці закон фотаэфекту**: *для кожнага рэчыва існуе чырвоная мяжа фотаэфекту, г.зн. найменшая частата святла {\displaystyle \nu \_{0}} (або найбольшая даўжыня хвалі* λ*0 ), пры якой фотаэфект яшчэ магчымы, і калі {\displaystyle \nu <\nu \_{0},} то фотаэфект ужо не адбываецца*.

Тэарэтычнае тлумачэнне гэтых законаў даў у 1905 г. А. Эйнштэйн. Паводле Эйнштэйна, электрамагнітнае выпраменьванне ўяўляе сабой паток асобных квантаў (фатонаў) з энергіяй  *h* ν кожны, дзе  *h* — пастаянная Планка. Пры фотаэфекце частка электрамагнітнага выпраменьвання ад паверхні металу адбіваецца, а частка пранікае ўнутр паверхневага пласта металу і там паглынаецца. Паглынуўшы фатон, электрон атрымлівае ад яго энергію і, здзяйсняючы работу выхаду *φ*, пакідае метал:

{\displaystyle h\nu =\varphi +W\_{e},}
дзе {\displaystyle W\_{e}} — максімальная кінетычная энергія, якую мае электрон пры вылеце з металу.

Гісторыя адкрыцця
-----------------

У 1839 годзе Аляксандр Бекерэль назіраў з'яву фотаэфекту ў электраліце.

У 1873 годзе Уілаўбі Сміт выявіў, што селен з'яўляецца фотаправадніком. Вонкавы фотаэфект адкрыў ў 1887 годзе Генрых Герц. Пры працы з адкрытым рэзанатарам ён заўважыў, што калі пасвяціць ультрафіялетам на цынкавы разраднік, то праходжанне іскры прыкметна палягчаецца.

Даследаванні фотаэфекту паказалі, што насуперак класічнай электрадынаміцы энергія вылятаючага электрона заўсёды строга звязана з частатой падаючага выпраменьвання і практычна не залежыць ад інтэнсіўнасці апрамянення.

У 1888—1890 гадах фотаэфект сістэматычна вывучаў рускі фізік Аляксандр Сталетаў, які апублікаваў 6 прац. Ён зрабіў некалькі важных адкрыццяў у гэтай галіне, у тым ліку вывеў першы закон вонкавага фотаэфекту. Яшчэ Сталетаў прыйшоў да высновы, што «*разраджаючым дзеяннем валодаюць, калі не вылучна, то з велічэзнай перавагай перад іншымі промнямі, промні самай высокай пераломлівасці, што адсутнічаюць у сонечным спектры*», гэта значыць што ён ушчыльную падышоў да высновы пра існаванне чырвонай мяжы фотаэфекту.

У 1891 годзе Эльстар і Гейтэль пры вывучэнні шчолачных металаў дашлі да высновы, што, чым вышэй электрастаноўчасць металу, тым ніжэй межавая частата, пры якой ён робіцца фотаадчувальным. Томсан у 1898 годзе эксперыментальна ўсталяваў, што струмень электрычнага зарада, што выходзіць з металу пры вонкавым фотаэфекце, уяўляе сабой струмень адкрытых ім раней часціц (пазней названых электронамі). Таму павялічэнне фотатоку з узростам асветленасці патрэбна разумець як павялічэнне ліку выбітых электронаў з узростам асветленасці.

Схема эксперыменту па даследаванню фотаэфекту. Са святла вядзяляецца вузкі дыяпазон частот і накіроўваецца на катод унутры вакуумнага прыбора. Напружанне паміж катодам і анодам утварае энергетычны парог паміж імі. Наяўнасць току сведчыць аб тым, што электроны дасягнулі анода.
Фотаэфект быў растлумачаны ў 1905 годзе Альбертам Эйнштэйнам (за што ў 1921 годзе, праз намінацыю шведскім фізікам Карлам Вільгельмам Азеенам, атрымаў Нобелеўскую прэмію) на аснове гіпотэзы Макса Планка пра квантавую прыроду святла. У працы Эйнштэйна змяшчалася важная новая гіпотэза — калі Планк у 1900 годзе выказаў здагадку, што святло выпраменьваецца толькі квантаванымі порцыямі, то Эйнштэйн ужо лічыў, што святло і існуе толькі ў выглядзе квантаваных порцый. З закона захавання энергіі, калі лічыць святло патокам часціц (фатонаў), вынікае формула Эйнштэйна для фотаэфекту:

{\displaystyle h\nu =\varphi +{\frac {mv^{2}}{2}},}
дзе *φ* — т.зв. работа выхаду (мінімальная энергія, неабходная для выдалення электрона з рэчыва), {\displaystyle {\frac {mv^{2}}{2}}} — максімальная кінетычная энергія электрона, {\displaystyle \nu } — частата падаючага фатона з энергіяй  *h* ν.

Вонкавы фотаэфект
-----------------

Вонкавы фотаэфект
Вонкавым фотаэфектам (фотаэлектроннай эмісіяй) называецца выпусканне электронаў рэчывам пад дзеяннем электрамагнітных выпраменьванняў. Электроны, якія вылятаюць з рэчыва пры вонкавым фотаэфекце, называюцца **фотаэлектронамі**, а электрычны ток, які ўзнікае пры іх упарадкаваным руху ў вонкавым электрычным полі, называецца **фотатокам**.

Фотакатод — электрод вакуумнага электроннага прыбора, які непасрэдна падвяргаецца ўздзеянню электрамагнітных выпраменьванняў, і адкуль выбіваюцца электроны пад дзеяннем гэтага выпраменьвання.

Залежнасць спектральнай адчувальнасці ад частаты або даўжыні хвалі электрамагнітнага выпраменьвання называюць **спектральнай характарыстыкай фотакатода**.

### Квантавы выхад

Важнай колькаснай характарыстыкай фотаэфекту з'яўляецца квантавы выхад Y — колькасць эмітаваных электронаў у разліку на адзін фатон, які падае на паверхню цела. Велічыня Y вызначаецца ўласцівасцямі рэчыва, станам яго паверхні і энергіяй фатонаў. Квантавы выхад фотаэфекту з металаў у бачнай і бліжняй УФ-абласцях Y <0,001 электрон / фатон. Гэта звязана перш за ўсё з малою глыбінёй выхаду фотаэлектронаў, якая значна меншая за глыбіню паглынання святла ў метале. Большасць фотаэлектронаў рассейвае сваю энергію да падыходу да паверхні і губляе магчымасць выйсці ў вакуум. Пры энергіі фатонаў каля парога фотаэфекту большасць фотаэлектронаў узбуджаецца ніжэй за ўзровень вакууму і не дае ўкладу ў фотаэмісійны ток. Акрамя таго, каэфіцыент адбівання ў бачнай і бліжняй УФ-абласцях вялікі і толькі малая частка выпраменьвання паглынаецца ў метале. Гэтыя абмежаванні часткова здымаюцца ў дальняй УФ-вобласці спектру, дзе Y дасягае велічыні 0,01 электрон / фатон пры энергіі фатонаў E > 10 эв.

### Прасцейшая схема для выяўлення фотаэфекту

Малюнак 1. Схема для вывучэння знешняга фотоэфекта
Вонкавы фотаэфект даследуюць на ўстаноўцы, прадстаўленай на мал. 1. Два электрода (анод і катод) змешчаны ў вакууміраваны балон. Ад вонкавай крыніцы святла асвятляюць катод, выраблены з доследнага матэрыялу. Паміж анодам і катодам прыкладваюць рознасць патэнцыялаў (плюс на анодзе). Электроны, эмітуемых у вакуум з паверхні катода ў прычыны фотаэфекту, перамяшчаюцца ў вакууме пад дзеяннем электрычнага поля да анода. Ток у ланцугу вымяраюць амперметрам. Залежнасць фототока Іф ад напружання паміж электродамі U (вольт-ампернай характарыстыка), якая адпавядае розным значэнняў інтэнсіўнасці I запаленага святла, прыведзена на мал. 2.

Малюнак 2. Залежнасць фототока ад напружання
Характарыстыка здымаецца пры нязменнай частаце святла ν. Відаць, што з павелічэннем U фотаток узрастае і пры пэўным напружанні дасягае насычэння. Спадзісты ход крывых паказвае на тое, што электроны вылятаюць з катода з рознымі скарасцямі. Максімальнае значэнне току Іфн (фотаток насычэння) вызначаецца такім значэннем U, пры якім усе электроны, выпусканых катодам, дасягаюць анода:

{\displaystyle \mathrm {I} \_{\text{фн}}={\text{en}}}

дзе е − зарад электрона, n − лік электронаў, выпусканых катодам у адзінку часу.

З ВАХ вынікае, што пры U=0 фотаток не знікае. Такім чынам, электроны, выбітыя святлом з катода, валодаюць некаторай пачатковай скорасцю V, а значыць, і выдатнай ад нуля кінетычнай энергіяй. Частка электронаў дасягае анода і без прыкладання знешняга электрычнага поля. Для таго каб фотаток прыняў нулявое значэнне, паміж анодам і катодам неабходна прыкласці затрымліваюшчага напружанне Uз (адмоўнае). Пры такім напружанні нават электронам, якія валодаюць пры вылеце з катода найбольшым значэннем скорасці Vm, не ўдаецца дасягнуць анода. Такім чынам, можам запісаць, што:

{\displaystyle {{\text{mV}}\_{\text{m}}^{2} \over 2}={\text{eU}}\_{\text{з}}}

дзе m − маса электрона, Vm − максімальная скорасць электрона.

Зноскі
------

1. ↑  *Бутиков Е.И.* Оптика. -- М.: Высшая школа, 1986. -- С. 456−466.
2. ↑  *Сивухин Д. В.* Атомная и ядерная физика // Общий курс физики — Часть 1
3. 1 2  Калитеевский Н.И. Волновая оптика. М.: Высшая школа, 1978. С. 360−371.

Літаратура
----------

* *Сивухин Д. В.* Атомная и ядерная физика // Общий курс физики. — Т. 1.
* *Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.*
* *Калитеевский Н.И. Волновая оптика. Изд. 2-е. М.: Высшая школа, 1978.*
* *Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М.: Наука, 1980.*
* *Ландсберг Г.С. Оптика. Изд. 5-е.М.: Наука, 1976.*
* *Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л. Гольдина. Наука, 1973.*
* *Физический практикум под редакцией Г.С. Кембровского. Мн. 1986.*

Спасылкі
--------

* Фотаэлектрычны эфект