Фотаэфект - фізіка з'явы

У 1887 году нямецкі навуковец Герц адкрыў ўплыў святла на электрычны разрад. Вывучаючы іскравыя разрад, Герц выявіў, што калі асвятляць адмоўны электрод ультрафіялетавыя промнямі, то разрад надыходзіць пры меншым напружанні на электродах.

Далей было выяўлена, што пры асвятленні святлом электрычнай дугі адмоўна зараджанай металічнай пласцінкі, злучанай з электроскопом, стрэлка электраскопа апускаецца. Гэта сведчыла аб тым, што асвятляць электрычнай дугой металічная пласцінка губляе свой адмоўны зарад. Станоўчы зарад металічная пласцінка пры асвятленні не губляе.

Страта металічнымі целамі пры асвятленні іх прамянямі святла адмоўнага электрычнага зарада атрымала назву фотаэлектрычны эфект або проста фотаэфект.

Фізіка гэтага з'явы вывучалася з 1888 года і знакамітым рускім навукоўцам А. Г. Сталетава.

Вывучэнне фотаэфекту Сталетаў вырабляў пры дапамозе ўстаноўкі, якая складаецца з двух невялікіх дыскаў. Суцэльная цынкавая пласцінка і тонкая сетка ўсталёўваліся вертыкальна адзін супраць аднаго, утвараючы кандэнсатар. Яго пласцінкі злучаліся з полюсамі крыніцы току, а затым асвятляліся святлом электрычнай дугі.

Святло свабодна пранікаў праз сетку на паверхню суцэльнага цынкавага дыска.

Сталетаў усталяваў, што калі цынкавая абкладка кандэнсатара злучаная з адмоўным полюсам крыніцы напружання (з'яўляецца катодам), то гальванометр, які ўключаны ў ланцуг, паказвае ток. Калі ж катодам з'яўляецца сетка, то ток адсутнічае. Значыць, асветленая цынкавая пласцінка выпускае адмоўна зараджаныя часцінкі, якія і абумоўліваюць існаванне току ў прамежку паміж ёй і сеткай.

Сталетаў, вывучаючы фотаэфект, фізіка якога была яшчэ не раскрытая, браў для сваіх досведаў дыскі з самых розных металаў: алюмініевыя, медныя, цынкавыя, сярэбраныя, нікелевыя. Далучаючы іх да адмоўнага полюсу крыніцы напружання, ён назіраў, як пад дзеяннем дугі ў ланцугу яго доследнай ўстаноўкі узнікаў электрычны ток. Такі ток называецца фототока.

Пры павелічэнні напружання паміж абкладкамі кандэнсатара фототок павялічваўся, дасягаючы пры некаторай напрузе свайго максімальнага значэння, званага фототока насычэння.

Даследуючы фотаэфект, фізіка якога непарыўна звязана з залежнасцю фототока насычэння ад велічыні светлавога патоку, які падае на катодную пласціну, Сталетаў усталяваў наступны закон: велічыня фототока насычэння, будзе прама прапарцыйная падальнаму на металічную пласцінку светлавога патоку.

Гэты закон носіць назву Сталетава.

У далейшым было ўсталявана, што фототок - струмень электронаў, выдраны святлом з металу.

Тэорыя фотаэфекту знайшла шырокае практычнае прымяненне. Так былі створаны прылады, у аснове якіх ляжыць гэтая з'ява. Называюцца яны фотаэлементамі.

Святлоадчувальны пласт - катод - пакрывае амаль усю ўнутраную паверхню шклянога балона, за выключэннем невялікага акенца для доступу святла. Анод ж уяўляе сабой драцяное кольца, умацаванае ўнутры балона. У балоне - вакуум.

Калі злучыць кольца з станоўчым полюсам батарэі, а святлоадчувальны пласт металу праз гальванометр з адмоўным яе полюсам, то пры асвятленні пласта належным крыніцай святла ў ланцугі з'явіцца ток.

Можна батарэю выключыць зусім, але і тады мы будзем назіраць ток, толькі вельмі слабы, бо толькі нікчэмная частка вырываць святлом электронаў будзе трапляць на драцяное кольца - анод. Для ўзмацнення эфекту неабходна напругу парадку 80-100 ст.

Фотаэфект, фізіка якога выкарыстоўваецца ў такіх элементах, можна назіраць, выкарыстоўваючы любы метал. Аднак большасць з іх, такія, як медзь, жалеза, плаціна, вальфрам, адчувальныя толькі да ўльтрафіялетавых прамянёў. Адны толькі шчолачныя металы - калій, натрый і асабліва цэзій - адчувальныя і да бачных прамяням. Яны-то і ўжываюцца для вырабу катодаў фотаэлементаў.