Опыт 1.

« Фотоэффект»

   Фотоэффект или фотоэлектрический эффект — испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. Существует  внешний и внутренний фотоэффект.

Внешний фотоэффект. Поместим на электрометр цинковую пластинку, и зарядим ее отрицательно. Осветим ее ультрафиолетовыми лучами ( рис.1). Электрометр сначала начнет разряжаться, а потом заряжаться положительно. Это происходит потому что, энергия фотонов ультрафиолетовых лучей больше чем работа выхода электронов из цинка, и они выбивают электроны из цинка. Это явление называется внешним фотоэффектом.  

Рис.1.

У каждого металла есть длинноволновая  граница фотоэффекта ( красная граница), начиная с которой энергия фотона падающего света больше работы выхода электрона из металла. Например,  у Zn  Акр = 310 нм, у Na – 540 нм.                          

    Рассмотрим стеклянный баллон, в который вставлены два электрода, - катод и анод и выкачан воздух. Катод выполнен в виде полусферы, внутренняя поверхность которого покрыта материалом с малой работы выхода,  чаще всего серебряно-сурьмяным сплавом, обладающим малой работой выхода для электронов (рис.2).  Такой прибор называется фотоэлементом.   Источник тока создает  в фотоэлементе электрическое поле. При попадании света на катод фотоэлемента фотоны света выбивают из него  электроны, которые под действием электрического поля будут двигаться к аноду. В цепи возникает фотоэлектрический ток. Электроны, вылетающие из катода  фотоэлемента выходят в окружающее пространство.

                                                                                                                     Рис.2.        

Поэтому такой фотоэффект называется внешним фотоэффектом. Чаще всего он применяется в вакуумных фотоэлементах и фотоумножителях.                                         

Опыт 1. Внешний фотоэффект. Соберем установку, состоящую из осветителя, в котором применяется дуговая лампа, свет от которой содержит ультрафиолетовые лучи, цинковую пластинку и электрометр ( рис.3). Зарядим электрометр отрицательно. Включим осветитель, и направим лучи света на цинковую пластинку. Стрелка электрометра сначала спадет до 0, а потом поднимется.

Проблема. Почему фотоэффект в цинковой пластинке не вызывается обычным светом, а только ультрафиолетовым ?

Ответ. Потому что красная граница фотоэффекта лежит в начале ультрафиолетовой области

Рис. 3.

Проблема. Почему стрелка так себя ведет – то опускается, то поднимается ?

Ответ. Вначале цинковая пластинка и электрометр заряжены отрицательно. Когда на цинковую пластинку падают ультрафиолетовые лучи, они выбивают электроны из цинка и цинковая пластинка и электроскоп разряжаются. В дальнейшем электроны квантами света будут выбиваться из цинковой пластинки и электрометра, электроны со стрелки электроскопа будут подниматься вверх, заряд цинковой пластинки и электрометра станет положительным. Это можно проверить, отключив источник света и поднести к цинковой пластинке эбонитовую или стеклянную палочку.

Опыт 2. Внутренний фотоэффект. Фотоэффект в фоторезисторе.

Соберем электрическую цепь (рис.4). Если замкнем ключ К, то по цепи потечет небольшой электрический ток. Осветим фоторезистор. Сила тока в цепи увеличится.

Проблема. Что произойдет с силой тока в цепи ?

Ответ. Сила тока увеличится, так как кванты света в полупроводнике, разрушат ковалентные связи, и число носителей тока увеличится.                                 

 Рис.4.