§ 44. Фотоэффект

Каков диапазон частот ультрафиолетового излучения?

В чём состоит волновая теория света?

1. Изучение вопросов квантовой физики мы начнём с рассмотрения явления фотоэффекта, полное объяснение которого классическая физика дать не смогла.

Фотоэффект был открыт в 1887 г. Г. Герцем и затем экспериментально исследован выдающимся российским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1839—1896).

Явление фотоэффекта можно наблюдать на опыте. Зарядим цинковую пластину, присоединённую к электрометру, отрицательно. При освещении пластины ультрафиолетовым светом, например от электрической дуги, электрометр будет очень быстро разряжаться (рис. 133). Если же сообщить пластине положительный электрический заряд и затем осветить ультрафиолетовым светом, то электрометр не разрядится.

Явление фотоэффекта

2. Единственная возможная гипотеза, объясняющая данное явление, заключается в том, что с поверхности цинковой пластины под действием света могут вылетать отрицательно заряженные частицы. Экспериментальные измерения заряда и массы этих частиц показали, что вырываемые с поверхности частицы — электроны.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называют фотоэффектом.

3. Объяснение фотоэффекта с позиций волновой теории света представляется на первый взгляд несложным. Под действием света увеличивается энергия электронов в атомах, и они начинают вырываться из пластины. Если пластина заряжена отрицательно, то под действием света электрометр постепенно разряжается; если же заряд пластины положителен, то при её освещении заряд не меняется. Электрическое поле пластины возвращает назад вырвавшиеся свободные электроны. При этом чем больше энергия светового пучка, тем больше электронов вырывается из пластины.

Однако уже небольшое изменение условий опыта покажет несостоятельность предложенного объяснения. Например, если на пути светового пучка поместить стеклянную пластину, то отрицательно заряженная цинковая пластина не разрядится. Можно сколь угодно увеличивать световой поток, результат опыта не изменится. Как известно, стекло, пропуская видимое излучение, поглощает ультрафиолетовые лучи. Следовательно, именно ультрафиолетовое излучение и вызывает фотоэффект.

Этот факт невозможно объяснить на основе волновой теории света. Непонятно, почему даже очень мощный световой поток не может вырвать электроны из цинковой пластины.

Тщательные эксперименты учёных позволили выявить и ещё ряд особенностей фотоэффекта, которые невозможно объяснить волновой теорией света.

Окончание >>>