Фотоэффект — это явление выбивания электронов из вещества под действием света. Его изучение помогло доказать, что свет ведёт себя как поток частиц (фотонов), а не только как волна.

Опыты А.Г. Столетова (1888 г.)

Столетов исследовал фотоэффект с помощью вакуумной стеклянной трубки с двумя электродами:

• Катод (металлическая пластина) облучался светом.

• Анод собирал выбитые электроны.
  При подаче напряжения между электродами возникал ток, если свет имел достаточно высокую частоту.

Что обнаружил Столетов:

1. Ток возникает мгновенно, даже при слабом свете (если частота выше определённого порога).

2. Сила тока растёт с увеличением интенсивности света (больше фотонов → больше электронов).

3. Энергия электронов не зависит от интенсивности света, но растёт с частотой.

Законы фотоэффекта

1. Первый закон:
   Количество выбитых электронов (сила тока) пропорционально интенсивности света.
   → Чем ярче свет, тем больше электронов вылетает.

2. Второй закон:
   Максимальная энергия электронов зависит только от частоты света, а не от его интенсивности.
   → Фиолетовый свет «выбивает» электроны сильнее, чем красный, даже если он тусклый.

3. Третий закон:
   Существует красная граница — минимальная частота света (`ν_0​`), ниже которой фотоэффекта нет вообще.
   → Если частота меньше `ν_0`​, хоть залей светом — электроны не вылетят.

Формулы

1. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

   `hν=A+(mv^2)/2`​

   • hν — энергия фотона,

   • A — работа выхода (минимальная энергия для «вырывания» электрона из металла),

   • `(mv^2)/2`— кинетическая энергия выбитого электрона.

2. Красная граница:

   `ν_0=A/h`​

   Если `ν<ν_0`​, фотоэффекта не происходит.

Почему классическая физика не смогла объяснить фотоэффект?

• По волновой теории, энергия света зависит от интенсивности (чем ярче свет, тем сильнее «толчок» электронам).

• На опыте оказалось, что энергия электронов зависит от частоты, а не яркости. Это доказало, что свет состоит из частиц (фотонов) с энергией `E=hν`.

Примеры и приложения:

• Солнечные панели: фотоны света выбивают электроны, создавая ток.

• Фотоэлементы в датчиках (например, автоматические двери).

• Фотоумножители для регистрации слабых световых сигналов.

Простыми словами:

• Фотоэффект — это когда свет «выбивает» электроны из металла, как мячики из коробки.

• Чтобы выбить электрон, свет должен быть «достаточно фиолетовым» (частота выше красной границы).

• Яркость света определяет, сколько электронов вылетит, а «цвет» (частота) — как сильно они полетят.

Эйнштейн получил Нобелевскую премию за объяснение фотоэффекта, а не за теорию относительности!