§ 3 . Foto efektas

Išorinis fotoelektrinis efektas yra elektronų išmetimas iš kietųjų medžiagų ir skysčių veikiant šviesai.

Atrado fotoelektrinio efekto fenomeną Heinrichas Hercas(1857 – 1894) in 1887 metų. Jis pastebėjo, kad kibirkšties prasiskverbimas tarp kibirkštinio tarpo rutuliukų labai palengvina, jei vienas iš rutuliukų buvo apšviestas ultravioletiniais spinduliais.

Tada į 1888-1890 Fotoelektrinis efektas buvo tiriamas devintajame dešimtmetyje Aleksandras Grigorjevičius Stoletovas (1839 – 1896).

Jis nustatė, kad:

ultravioletiniai spinduliai turi didžiausią poveikį;

didėjant šviesos srautui, didėja fotosrovė;

iš kietųjų medžiagų ir skysčių, veikiant šviesai, išsiskiriančių dalelių krūvis yra neigiamas.

Lygiagrečiai su Stoletovu fotoelektrinį efektą tyrė vokiečių mokslininkas Filipas Lenardas (1862 – 1947).

Jie nustatė pagrindinius fotoelektrinio efekto dėsnius.

Prieš formuluodami šiuos dėsnius, pasvarstykime Šiuolaikinė fotoelektrinio efekto stebėjimo ir tyrimo schema. Tai paprasta. Du elektrodai (katodas ir anodas) yra lituojami į stiklinį indą, į kurį tiekiama įtampa U. Jei nėra šviesos, ampermetras rodo, kad grandinėje nėra srovės.

Kai katodas apšviečiamas šviesa, net nesant įtampos tarp katodo ir anodo, ampermetras rodo, kad grandinėje yra nedidelė srovė - foto srovė. Tai reiškia, kad iš katodo skleidžiami elektronai turi tam tikrą kinetinę energiją
ir pasiekti anodą „savaime“.

Didėjant įtampai, didėja fotosrovė.

Fotosrovės priklausomybė nuo įtampos tarp katodo ir anodo vadinama srovės-įtampos charakteristika.

APIE turi tokią formą. Esant vienodam monochromatinės šviesos intensyvumui, didėjant įtampai, srovė pirmiausia didėja, bet vėliau jos augimas sustoja. . Ši fotosrovė vadinama soties srove.

Norint „užrakinti“ fotoelementą, tai yra sumažinti fotosrovę iki nulio, reikia įjungti „blokavimo įtampą“.
. Tokiu atveju elektrostatinis laukas veikia ir sulėtina skleidžiamus fotoelektronus

. (1)

Tai reiškia, kad nė vienas elektronas, išeinantis iš metalo, nepasiekia anodo, jei anodo potencialas yra mažesnis už katodo potencialą.
.

E Eksperimentas parodė, kad pasikeitus krintančios šviesos dažniui, grafiko pradžios taškas pasislenka išilgai įtempių ašies. Iš to išplaukia, kad blokavimo įtampos dydis ir, atitinkamai, kinetinė energija Ir Maksimalus greitis skleidžiami elektronai priklauso nuo krentančios šviesos dažnio.

Pirmasis fotoelektrinio efekto dėsnis . Didžiausia greičio vertėskleidžiamų elektronųpriklauso nuo krentančios spinduliuotės dažnio (didėja didėjant dažniui) ir nepriklauso nuo jos intensyvumo.

E Jei palygintume srovės ir įtampos charakteristikas, gautas esant skirtingo intensyvumo (I 1 ir I 2 pav.) krintančios monochromatinės (vieno dažnio) šviesos, galime pastebėti štai ką.

Pirma, visos srovės ir įtampos charakteristikos kyla tame pačiame taške, ty esant bet kokiam šviesos intensyvumui, fotosrovė tampa lygi nuliui esant tam tikrai (kiekvienai dažnio vertei) lėtinamajai įtampai.
. Tai dar vienas pirmojo fotoelektrinio efekto dėsnio galiojimo patvirtinimas.

Antra. Didėjant krintančios šviesos intensyvumui, srovės priklausomybės nuo įtampos pobūdis nekinta, tik didėja soties srovės reikšmė.

Antrasis fotoelektrinio efekto dėsnis . Soties srovės dydis yra proporcingas šviesos srauto dydžiui.

Tiriant fotoelektrinį efektą, buvo nustatyta, kad ne visa spinduliuotė sukelia fotoelektrinį efektą.

Trečiasis fotoelektrinio efekto dėsnis . Kiekvienai medžiagai yra nustatytas minimalus dažnis ( maksimalus ilgis banga), kuriai esant vis dar galimas fotoelektrinis efektas.

Šis bangos ilgis vadinamas „raudonuoju fotoelektrinio efekto kraštu“ (o dažnis – atitinkama raudona fotoelektrinio efekto briauna).

Praėjus 5 metams po Maxo Plancko kūrinio pasirodymo, Albertas Einšteinas panaudojo šviesos emisijos diskretiškumo idėją paaiškindamas fotoelektrinio efekto dėsnius. Einšteinas pasiūlė, kad šviesa ne tik sklinda dalimis, bet ir sklinda bei absorbuojama dalimis. Tai reiškia, kad elektromagnetinių bangų diskretiškumas yra pačios spinduliuotės savybė, o ne spinduliuotės sąveikos su medžiaga rezultatas. Anot Einšteino, spinduliuotės kvantas daugeliu atžvilgių panašus į dalelę. Kvantas arba visiškai absorbuojamas, arba visai neįsisavinamas. Einšteinas pristatė fotoelektrono emisiją kaip fotono ir elektrono susidūrimo metale rezultatą, kurio metu visa fotono energija perduodama elektronui. Taigi Einšteinas sukūrė kvantinę šviesos teoriją ir, remdamasis ja, parašė fotoelektrinio efekto lygtį:

.

Čia yra Plancko konstanta, - dažnis,
– iš metalo išeinančio elektrono darbo funkcija,
yra likusioji elektrono masė, v yra elektrono greitis.

Ši lygtis paaiškino visus eksperimentiškai nustatytus fotoelektrinio efekto dėsnius.

Kadangi elektrono iš medžiagos darbo funkcija yra pastovi, tai, didėjant dažniui, didėja ir elektronų greitis.

Kiekvienas fotonas išmuša vieną elektroną. Todėl išmestų elektronų skaičius negali būti daugiau numerio fotonai. Kai visi išstumti elektronai pasiekia anodą, fotosrovė nustoja augti. Didėjant šviesos intensyvumui, didėja ir fotonų, patenkančių į medžiagos paviršių, skaičius. Vadinasi, elektronų, kuriuos šie fotonai išmuša, skaičius didėja. Tuo pačiu metu sodrumo foto srovė didėja.

Jei fotono energijos užtenka tik darbo funkcijai atlikti, tada išspinduliuotų elektronų greitis bus lygus nuliui. Tai yra fotoelektrinio efekto „raudona riba“.

Vidinis fotoelektrinis efektas stebimas kristaliniuose puslaidininkiuose ir dielektrikuose. Tai susideda iš to, kad apšvitos įtakoje šių medžiagų elektrinis laidumas padidėja dėl to, kad jose daugėja laisvųjų srovės nešėjų (elektronų ir skylių).

Šis reiškinys kartais vadinamas fotolaidumu.

YAGMA

Medicinos fizika

Medicinos fakultetas

1 kursas

2 semestras

Paskaita Nr.9

"Nuotraukos efektas"

Sudarė: Babenko N.I..

2011 m

Foto efektas. Išorinio fotoelektrinio efekto dėsniai.

Foto efektas– reiškinių grupė, susijusi su sužadintų medžiagos atomų elektronų emisija dėl sugertų fotonų energijos. 1887 m. atrado vokiečių mokslininkas Hertzas. Eksperimentiškai tyrinėjo rusų mokslininkas A.G. Stoletovas (1888 - 1890) Teoriškai paaiškino A. Einšteinas (1905).

Fotoelektrinio efekto rūšys.

Vidinis nuotraukos efektas:

A. terpės laidumo pasikeitimas veikiant šviesai, fotorezisto efektas, būdingas puslaidininkiams.

b. terpės dielektrinės konstantos pokytis veikiant šviesai, fotodielektrinis efektas, būdingas dielektrikams.

V. Nuotraukos EML išvaizda, fotovoltinis efektas, būdingas nehomogeniniams puslaidininkiams p Ir n-tipas.

Išorinis fotoefektas :

Tai elektronų išsiskyrimo (išmetimo) iš medžiagos į vakuumą reiškinys dėl sugertų fotonų energijos.

Fotoelektronai– Tai elektronai, atitrūkę nuo medžiagos atomų dėl fotoelektrinio efekto.

Fotosrovė yra elektros srovė, susidaranti tvarkingam fotoelektronų judėjimui išoriniame elektriniame lauke.

Šviesa (F)"K" ir "A" - elektrodai,

dedamas į vakuumą

"V" - nustato įtampą

tarp elektrodų

"G" - įrašo fotosrovę

K( - ) A(+) "P" - potenciometras skirtas

įtampos pokyčiai

"F" - šviesos srautas

Ryžiai. 1. Instaliacija išorinio fotoelektrinio efekto dėsniams tirti.

I Išorinio fotoelektrinio efekto dėsnis (Stoletovo dėsnis).

SU
arba soties fotosrovė (t. y. iš katodo išspinduliuotų elektronų skaičius per laiko vienetą) yra proporcinga šviesos srautas krintant ant metalo (2 pav.).

kur k yra proporcingumo koeficientas arba metalo jautrumas fotoelektriniam efektui

Ryžiai. 2. Sočiųjų fotosrovių (I 1, I 2, I 3) priklausomybė nuo šviesos srautų intensyvumo: Ф 1 > Ф 2 > Ф 3. Krintančių šviesos srautų dažnis pastovus.

II fotoelektrinio efekto dėsnis (Einšteino-Lenardo dėsnis).

Jei sukeičiate šaltinio akumuliatoriaus polius ((K(+), A(-)), tada tarp katodo (K) ir anodo (A) elektrinis laukas, kuris sulėtina elektronų judėjimą. Esant tam tikrai blokavimo vertei atvirkštinei įtampai Uз fotosrovė lygi 0 (3 pav.).

Ryžiai. 3 pav. Prisotinimo fotosrovių priklausomybė skirtingiems krintančios šviesos dažniams esant pastoviam krintančios šviesos intensyvumui.

Tokiu atveju iš katodo išbėgantys elektronai net ir didžiausiu greičiu Vmax negalės prasiskverbti per blokavimo lauką.

Išmatavus blokavimo įtampos Uз reikšmę, galima nustatyti spinduliuotės išmuštų elektronų maksimalią kinetinę energiją E k max. Keičiantis šviesos srauto Ф intensyvumui, maksimali kinetinė energija E k max nesikeičia, tačiau dažniui didėjant elektromagnetinė radiacija(pakeisti matomą šviesą į ultravioletinę), tada fotoelektronų maksimali kinetinė energija E k max padidės.

N
Pradinė fotoelektrono kinetinė energija yra proporcinga krintančios spinduliuotės dažniui ir nepriklauso nuo jos intensyvumo.

kur h – Planko konstanta, v – krintančios šviesos dažnis.

III išorinio fotoelektrinio efekto dėsnis (raudonos kraštinės dėsnis).

Jei katodas nuosekliai apšvitinamas įvairia monochromatine spinduliuote, galima pastebėti, kad didėjant bangos ilgiui λ fotoelektronų energija mažėja, o esant tam tikrai bangos ilgio λ vertei, išorinis fotoelektrinis efektas nutrūksta.

Ilgiausias bangos ilgisλ (arba žemiausia dažnio reikšmėv), kurioje vis dar vyksta išorinis fotoelektrinis efektas, vadinamasraudonos nuotraukos efekto kraštinė tam tikrai medžiagai.

Sidabrui λcr = 260 nm

Ceziui λcr =>620 nm

2. Einšteino lygtis ir jos taikymas trims fotoelektrinio efekto dėsniams.

IN
1905 m. Einšteinas papildė Planko teoriją, teigdamas, kad šviesa, sąveikaudama su medžiaga, yra sugeriama tomis pačiomis elementariomis dalimis (kvantais, fotonais), kaip ir skleidžiama pagal Planko teoriją.

Fotonas yra dalelė, kuri neturi ramybės masės (m 0 =0), o juda greičiu, lygiu šviesos greičiui vakuume (c = 3·10 8 m/s).

Kvantinė– fotonų energijos dalis.

Einšteino fotoelektrinio efekto lygtis pagrįsta trimis postulatais:

1. Fotonai sąveikauja su medžiagos atomo elektronais ir juos visiškai sugeria.

2. Vienas fotonas sąveikauja tik su vienu elektronu.

3. Kiekvienas sugertas fotonas išskiria po vieną elektroną. Šiuo atveju fotono „ħλ“ energija išleidžiama darbo funkcijai „ē“ nuo medžiagos A paviršiaus ir jai perduodamai kinetinei energijai.

ћ·ν = ћ· =
- Einšteino lygtis

Ši energija „ħν“ bus didžiausia, jei elektronai bus atskirti nuo paviršiaus.

Lygties taikymas trims fotoelektrinio efekto dėsniams paaiškinti.

Prie pirmojo įstatymo:

Didėjant monochromatinės spinduliuotės intensyvumui, didėja metalo sugertų kvantų skaičius, todėl didėja ir iš jo išeinančių elektronų skaičius bei didėja fotosrovės stiprumas:

Prie antrojo dėsnio:

IR
iš Einšteino lygčių:

Tie. Fotoelektrono E k max priklauso tik nuo metalo tipo (A out) ir nuo krentančios spinduliuotės dažnio ν(λ) ir nepriklauso nuo spinduliavimo intensyvumo (F).

Prie III įstatymo:

ħν<А вых – то при любой интенсивности излученя фотоэффекта не будет, т.к. этой энергии фотона не хватит, чтобы вырвать ē из вещества.

ħν>A out – stebimas fotoelektrinis efektas, kadangi fotono energijos pakanka tiek išėjimo A out darbui, tiek kinetinės energijos E ryšiui ē iki maks.

ħν=A out – fotoelektrinio efekto riba, kuriai esant

o fotono energijos pakanka tik išeiti ē nuo metalo paviršiaus.

Šiuo atveju Einšteino lygtis atrodo taip:

raudonos nuotraukos efekto kraštinė

Temos Vieningo valstybinio egzamino kodifikatorius : M. Plancko hipotezė apie kvantus, fotoelektrinį efektą, A.G.Stoletovo eksperimentai, Einšteino fotoelektrinio efekto lygtis.

Foto efektas- Tai elektronų išmušimas iš medžiagos dėl krintančios šviesos. Fotoelektrinio efekto reiškinį 1887 metais atrado Heinrichas Hertzas, atlikdamas garsiuosius elektromagnetinių bangų emisijos eksperimentus.
Prisiminkime, kad Hertz naudojo specialų kibirkšties tarpą (Hertz vibratorių) – strypą, perpjautą per pusę su pora metalinių rutuliukų pjūvio galuose. Ant strypo buvo įjungta aukšta įtampa, tarp kamuoliukų šoko kibirkštis. Taigi, Hertzas atrado, kad kai neigiamai įkrautas rutulys yra apšvitinamas ultravioletinė šviesašokinėti kibirkštis tapo lengviau.

Tačiau Hercas buvo absorbuojamas tiriant elektromagnetines bangas ir nepriėmė Šis faktas atsižvelgti. Po metų fotoelektrinį efektą savarankiškai atrado rusų fizikas Aleksandras Grigorjevičius Stoletovas. Dvejus metus Stoletovo atlikti kruopštūs eksperimentiniai tyrimai leido suformuluoti pagrindinius fotoelektrinio efekto dėsnius.

Stoletovo eksperimentai

Savo garsiuose eksperimentuose Stoletovas panaudojo savo sukurtą fotoelementą ( Fotoelementas Bet koks prietaisas, leidžiantis stebėti fotoelektrinį efektą, vadinamas. Jo diagrama parodyta fig. 1 .

Ryžiai. 1. Stoletov fotoelementas

Į stiklinę kolbą, iš kurios išpumpuojamas oras (kad netrukdytų elektronams tekėti), įkišti du elektrodai: cinko katodas ir anodas. Katodui ir anodui įjungiama įtampa, kurios vertę galima keisti potenciometru ir išmatuoti voltmetru.

Dabar katodui taikomas „minusas“, o anodui – „pliusas“, tačiau tai galima padaryti ir atvirkščiai (ir šis ženklo pakeitimas yra esminė Stoletovo eksperimentų dalis). Elektrodų įtampai priskiriamas ženklas, kuris taikomas anodui (todėl elektrodams taikoma įtampa dažnai vadinama anodo įtampa). IN tokiu atveju Pavyzdžiui, įtampa yra teigiama.

Katodas apšviečiamas ultravioletiniais spinduliais per specialų kolboje pagamintą kvarcinį langelį (stiklas sugeria ultravioletinę spinduliuotę, bet kvarcas ją perduoda). Ultravioletinė spinduliuotė išmuša iš katodo elektronus, kuriuos įtampa pagreitina ir nuskrenda į anodą. Prie grandinės prijungtas miliametras registruoja elektros srovę. Ši srovė vadinama foto srovė, o jį sukuriantys išmušti elektronai vadinami fotoelektronai.

Stoletovo eksperimentuose galima nepriklausomai keisti tris dydžius: anodo įtampą, šviesos intensyvumą ir dažnį.

Fotosrovės priklausomybė nuo įtampos

Keičiant anodo įtampos dydį ir ženklą, galite atsekti, kaip keičiasi foto srovė. Šių santykių grafikas, vadinamas fotoelemento charakteristikos, parodyta pav. 2.

Ryžiai. 2. Fotoelemento charakteristikos

Aptarkime gautos kreivės eigą. Visų pirma, atkreipiame dėmesį, kad elektronai iš katodo skrenda skirtingu greičiu ir į vidų skirtingomis kryptimis; Pažymime didžiausią greitį, kurį fotoelektronai turi eksperimentinėmis sąlygomis.

Jei įtampa yra neigiama ir didelė absoliučia verte, tada nėra foto srovės. Tai nesunku suprasti: elektronus iš katodo ir anodo veikiantis elektrinis laukas stabdo (prie katodo „pliusas“, prie anodo „minusas“) ir yra toks didelis, kad elektronai nepajėgia pasiekti anodo. Pradinio kinetinės energijos tiekimo nepakanka – elektronai praranda greitį artėdami prie anodo ir vėl pasuka į katodą. Pasirodo, kad maksimali išspinduliuotų elektronų kinetinė energija yra mažesnė už lauko darbo modulį, kai elektronas juda iš katodo į anodą:

Čia kg yra elektrono masė, C - jo krūvis.

Palaipsniui didinsime įtampą, t.y. judėti iš kairės į dešinę išilgai tolimų neigiamų verčių ašies.

Iš pradžių vis dar nėra srovės, bet elektronų apsisukimo taškas vis labiau artėja prie anodo. Galiausiai, kai pasiekiama įtampa, kuri vadinama laikymo įtampa, elektronai pasisuka atgal tą akimirką, kai pasiekia anodą (kitaip tariant, elektronai į anodą patenka nuliniu greičiu). Mes turime:

(1)

Taigi, stabdančios įtampos dydis leidžia nustatyti maksimalią fotoelektronų kinetinę energiją.

Kai delsos įtampa šiek tiek viršijama, atsiranda silpna fotosrovė. Jį sudaro elektronai, išspinduliuojami su maksimalia kinetine energija beveik tiksliai išilgai lemputės ašies (t. y. beveik statmenai katodui): dabar elektronams šios energijos užtenka pasiekti anodą nuliniu greičiu ir uždaryti grandinę. Likę elektronai, kurių greitis mažesnis arba nuskrenda nuo anodo, anodo nepasiekia.

Didėjant įtampai, didėja fotosrovė. Didesnis elektronų skaičius pasiekia anodą ir išeina iš katodo vis didesniu kampu į lemputės ašį. Atkreipkite dėmesį, kad foto srovė yra esant nulinei įtampai!

Kai įtampa pasiekia teigiamas reikšmes, fotosrovė toliau didėja. Tai suprantama: elektrinis laukas dabar pagreitina elektronus, todėl vis daugiau jų turi galimybę atsidurti prie anodo. Tačiau dar ne visi fotoelektronai pasiekia anodą. Pavyzdžiui, didžiausiu greičiu statmenai lemputės ašiai (t.y. išilgai katodo) išspinduliuotas elektronas, nors laukas pasisuks norima kryptimi, nebus toks stiprus, kad atsitrenktų į anodą.

Galiausiai, pakankamai dideliam teigiamas vertesįtampos srovė pasiekia ribinę vertę, vadinamą soties srovė, ir nustoja toliau didėti.

Kodėl? Faktas yra tas, kad įtampa, greitinanti elektronus, tampa tokia didelė, kad anodas užfiksuoja visus elektronus, išmuštus iš katodo – bet kuria kryptimi ir kokiu greičiu jie pradėtų judėti. Vadinasi, fotosrovei tiesiog nebelieka galimybių didėti – resursai, galima sakyti, išseko.

Fotoelektrinio efekto dėsniai

Soties srovės dydis iš esmės yra elektronų, išmuštų iš katodo per vieną sekundę, skaičius. Šviesos intensyvumą pakeisime nekeisdami dažnio. Patirtis rodo, kad soties srovė kinta proporcingai šviesos intensyvumui.

Pirmasis fotoelektrinio efekto dėsnis. Elektronų, išmuštų iš katodo per sekundę, skaičius yra proporcingas ant katodo (jo pastoviu dažniu) krentančios spinduliuotės intensyvumui..

Čia nėra nieko netikėto: kuo daugiau energijos neša spinduliuotė, tuo pastebimesnis rezultatas. Paslaptys prasideda toliau.

Būtent, tirsime fotoelektronų didžiausios kinetinės energijos priklausomybę nuo krintančios šviesos dažnio ir intensyvumo. Tai padaryti nėra sunku: juk pagal (1) formulę maksimalią išmuštų elektronų kinetinę energiją iš tikrųjų reikia išmatuoti stabdymo įtampą.

Pirma, mes keičiame spinduliavimo dažnį fiksuotu intensyvumu. Rezultatas yra toks grafikas (3 pav.):

Ryžiai. 3. Fotoelektronų energijos priklausomybė nuo šviesos dažnio

Kaip matome, yra tam tikras dažnis, vadinamas raudonos nuotraukos efekto kraštinė, atskiriant dvi iš esmės skirtingas grafiko sritis. Jei , tai fotoelektrinio efekto nėra.

Jeigu class="tex" alt="\nu > \nu_0"> !}, tada maksimali fotoelektronų kinetinė energija didėja tiesiškai didėjant dažniui.

Dabar, priešingai, mes nustatome dažnį ir keičiame šviesos intensyvumą. Jei tuo pačiu metu, tada fotoelektrinis efektas neatsiranda, nesvarbu, koks intensyvumas! Ne mažiau nuostabus faktas taip pat randama, kai class="tex" alt="\nu > \nu_0"> !}: Maksimali fotoelektronų kinetinė energija nepriklauso nuo šviesos intensyvumo.

Visi šie faktai atsispindi antrajame ir trečiajame fotoelektrinio efekto dėsniuose.

Antrasis fotoelektrinio efekto dėsnis. Maksimali fotoelektronų kinetinė energija didėja tiesiškai didėjant šviesos dažniui ir nepriklauso nuo jos intensyvumo.

Trečiasis fotoelektrinio efekto dėsnis. Kiekvienai medžiagai yra nustatyta raudona fotoelektrinio efekto riba – žemiausias šviesos dažnis, kuriam esant vis dar galimas fotoelektrinis efektas. Kai fotoelektrinis efektas nepastebimas esant bet kokiam šviesos intensyvumui.

Klasikinio fotoelektrinio efekto paaiškinimo sunkumai

Kaip būtų galima paaiškinti fotoelektrinį efektą klasikinės elektrodinamikos ir šviesos bangų sampratų požiūriu?

Yra žinoma, kad norint pašalinti elektroną iš medžiagos, būtina jai perduoti tam tikrą energiją, vadinamą darbo funkcija elektronas. Jei metale yra laisvas elektronas, tai yra teigiamų jonų lauko įveikimo darbas kristalinė gardelė, laikantis elektroną prie metalo ribos. Elektrono, esančio atome, atveju darbo funkcija yra darbas, atliekamas norint nutraukti ryšį tarp elektrono ir branduolio.

Kintamajame šviesos bangos elektriniame lauke elektronas pradeda svyruoti.

Ir jei vibracijos energija viršys darbo funkciją, tada elektronas bus išplėštas iš medžiagos.

Tačiau tokių idėjų rėmuose neįmanoma suprasti antrojo ir trečiojo fotoelektrinio efekto dėsnių. Iš tiesų, kodėl išmestų elektronų kinetinė energija nepriklauso nuo spinduliuotės intensyvumo? Juk kuo didesnis intensyvumas, kuo didesnis elektrinio lauko stiprumas elektromagnetinėje bangoje, kuo didesnė jėga veikia elektroną, tuo didesnė jo svyravimų energija ir didesne kinetinės energijos elektronas išskris iš katodo. Ar tai logiška? Logiška. Tačiau eksperimentas rodo ką kita.

Toliau, iš kur atsiranda raudona fotoelektrinio efekto riba? Kas negerai su žemais dažniais? Atrodytų, kad didėjant šviesos intensyvumui, didėja ir elektronus veikianti jėga; todėl net esant žemam šviesos dažniui, elektronas anksčiau ar vėliau bus išplėštas iš medžiagos – kai intensyvumas pasieks pakankamai didelės svarbos. Tačiau raudona riba griežtai uždraudžia elektronų emisiją, kai žemi dažniai krintančią spinduliuotę.

Be to, neaišku inercija fotoelektrinis efektas Būtent, kai katodas apšviečiamas savavališkai silpno intensyvumo spinduliuote (dažniu, viršijančiu raudoną ribą), prasideda fotoelektrinis efektas. akimirksniu- šiuo metu įjungtas apšvietimas. Tuo tarpu atrodytų, kad elektronams reikia šiek tiek laiko „atlaisvinti“ ryšius, laikančius juos medžiagoje, ir šis „atsipalaidavimo“ laikas turėtų būti ilgesnis, tuo silpnesnė krintanti šviesa. Analogija yra tokia: kuo silpniau stumsite sūpynes, tuo ilgiau užtruks, kol jis pasisuks iki nurodytos amplitudės.

Vėlgi, tai atrodo logiška, bet patirtis yra vienintelis tiesos kriterijus fizikoje! – prieštarauja šiems argumentams.

Taigi XIX–XX amžių sandūroje fizikoje susidarė aklavietė: elektrodinamika, numatanti elektromagnetinių bangų egzistavimą ir puikiai veikianti radijo bangų diapazone, atsisakė paaiškinti fotoelektrinio efekto reiškinį.

Išeitį iš šios aklavietės Albertas Einšteinas rado 1905 m. Jis rado paprastą lygtį, apibūdinančią fotoelektrinį efektą. Paaiškėjo, kad visi trys fotoelektrinio efekto dėsniai yra Einšteino lygties pasekmės.

Pagrindinis Einšteino nuopelnas buvo tai, kad jis atmetė bandymus interpretuoti fotoelektrinį efektą klasikinės elektrodinamikos požiūriu. Einšteinas rėmėsi drąsia hipoteze apie kvantus, kurią prieš penkerius metus išreiškė Maxas Planckas.

Plancko hipotezė apie kvantus

Klasikinė elektrodinamika atsisakė dirbti ne tik fotoelektrinio efekto srityje. Tai taip pat rimtai nepavyko, kai jie bandė jį panaudoti apibūdinti įkaitusio kūno spinduliuotę (vadinamąją šiluminę spinduliuotę).

Problemos esmė buvo ta, kad paprastas ir natūralus elektrodinaminis šiluminės spinduliuotės modelis leido padaryti beprasmę išvadą: bet koks įkaitintas kūnas, nuolat spinduliuodamas, turi palaipsniui prarasti visą savo energiją ir atvėsti iki absoliutaus nulio. Kaip puikiai žinome, nieko panašaus nepastebima.

Spręsdamas šią problemą, Maxas Planckas išreiškė savo garsiąją hipotezę.

Kvantinė hipotezė. Elektromagnetinė energija skleidžiama ir sugeriama ne nuolat, o atskiromis nedalomomis dalimis – kvantais. Kvantinė energija yra proporcinga spinduliavimo dažniui:

(2)

Santykis (2) vadinamas Plancko formulė, o proporcingumo koeficientas yra Plancko konstanta.

Šios hipotezės priėmimas leido Planckui sukurti šiluminės spinduliuotės teoriją, kuri puikiai atitiko eksperimentą. Turėdamas iš patirties žinomus šiluminės spinduliuotės spektrus, Plankas apskaičiavo savo konstantos reikšmę:

J·s. (3)

Plancko hipotezės sėkmė leido manyti, kad klasikinės fizikos dėsniai netaikomi mažoms dalelėms, tokioms kaip atomai ar elektronai, ar šviesos ir materijos sąveikos reiškiniams. Šią mintį patvirtino fotoelektrinio efekto fenomenas.

Einšteino fotoelektrinio efekto lygtis

Plancko hipotezė kalbėjo apie diskretiškumą radiacija Ir perėmimų elektromagnetines bangas, tai yra apie šviesos sąveikos su medžiaga pertrūkį. Tuo pat metu Planckas tuo tikėjo plintašviesa yra nenutrūkstamas procesas, kuris vyksta visiškai laikantis klasikinės elektrodinamikos dėsnių.

Einšteinas nuėjo dar toliau: jis tai pasiūlė šviesa iš esmės turi nepertraukiamą struktūrą: ne tik spinduliavimas ir sugertis, bet ir šviesos sklidimas vyksta atskiromis dalimis – kvantais, turinčiais energijos.

Planckas savo hipotezę laikė tik matematiniu triuku ir nedrįso paneigti elektrodinamikos mikrokosmoso atžvilgiu. Einšteino dėka kvantai tapo fizine realybe.

Elektromagnetinės spinduliuotės kvantai (ypač šviesos kvantai) vėliau tapo žinomi kaip fotonai. Taigi šviesa susideda iš specialių dalelių – fotonų, judančių vakuume greičiu.

Kiekvienas monochromatinės šviesos fotonas, turintis dažnį, neša energiją.

Fotonai gali keistis energija ir impulsu su materijos dalelėmis (fotono impulsas bus aptartas kitame lape); šiuo atveju kalbame apie susidūrimas fotonas ir dalelė. Visų pirma, fotonai susiduria su katodo metalo elektronais.

Šviesos sugertis yra fotonų sugertis, tai yra neelastingas fotonų susidūrimas su dalelėmis (atomais, elektronais). Sugertas susidūręs su elektronu, fotonas perduoda jam savo energiją. Dėl to elektronas kinetinę energiją gauna akimirksniu, o ne palaipsniui, ir tai paaiškina fotoelektrinį efektą be inercijos.

Einšteino fotoelektrinio efekto lygtis yra ne kas kita, kaip energijos tvermės dėsnis. Kur dingsta fotonų energija? per jo neelastingą susidūrimą su elektronu? Jis išleidžiamas atliekant darbo funkciją - elektroną išgauti iš medžiagos ir elektronui suteikti kinetinę energiją:

(4)

Terminas pasirodo esąs maksimalus fotoelektronų kinetinė energija. Kodėl maksimaliai? Šis klausimas reikalauja šiek tiek paaiškinimo.

Elektronai metale gali būti laisvi arba surišti. Laisvieji elektronai „vaikšto“ per metalą, o surišti elektronai „sėdi“ savo atomų viduje. Be to, elektronas gali būti tiek šalia metalo paviršiaus, tiek jo gylyje.

Akivaizdu, kad didžiausia fotoelektrono kinetinė energija bus gauta tuo atveju, kai fotonas pataikys į laisvąjį elektroną. paviršinis sluoksnis metalas – tuomet vien darbo funkcijos pakanka elektronui išmušti.

Visais kitais atvejais reikės išleisti papildomą energiją - išplėšti surištą elektroną iš atomo arba „nutempti“ giluminį elektroną į paviršių.

Šie papildomos išlaidos lems tai, kad skleidžiamo elektrono kinetinė energija bus mažesnė.

(4) lygtis, išsiskirianti savo paprastumu ir fiziniu aiškumu, apima visą fotoelektrinio efekto teoriją. Pažiūrėkime, kaip Einšteino lygties požiūriu paaiškinami fotoelektrinio efekto dėsniai.

1. Išmuštų elektronų skaičius proporcingas sugertų fotonų skaičiui. Didėjant šviesos intensyvumui, per sekundę į katodą patenkančių fotonų skaičius didėja.

Todėl proporcingai didėja absorbuotų fotonų skaičius ir atitinkamai per sekundę išmuštų elektronų skaičius.

2. Išreikškime (4) formulės kinetinę energiją:

Iš tiesų, išmestų elektronų kinetinė energija didėja tiesiškai didėjant dažniui ir nepriklauso nuo šviesos intensyvumo.

Kinetinės energijos priklausomybė nuo dažnio yra tiesės, einančios per tašką, lygtis. Tai visiškai paaiškina grafiko eigą Fig. 3.

3. Kad prasidėtų fotoelektrinis efektas, fotono energijos turi pakakti bent jau atlikti darbo funkciją: . Mažiausias dažnis, kurį lemia lygybė

tai bus raudona fotoelektrinio efekto riba. Kaip matome, fotoelektrinio efekto raudonąją ribą lemia tik darbo funkcija, t.y. priklauso tik nuo apšvitinto katodo paviršiaus medžiagos.

Jei , tada fotoelektrinio efekto nebus – nesvarbu, kiek fotonų nukrenta ant katodo per sekundę. Todėl šviesos intensyvumas neturi reikšmės; svarbiausia, ar atskiras fotonas turi pakankamai energijos išmušti elektroną.

Einšteino lygtis (4) leidžia eksperimentiškai rasti Planko konstantą. Norėdami tai padaryti, pirmiausia reikia nustatyti katodo medžiagos spinduliavimo dažnį ir darbo funkciją, taip pat išmatuoti fotoelektronų kinetinę energiją.

Tokių eksperimentų metu buvo gauta vertė, kuri tiksliai sutampa su (3). Toks judviejų rezultatų sutapimas nepriklausomi eksperimentai- remiantis šiluminės spinduliuotės spektrais ir Einšteino fotoelektrinio efekto lygtimi - reiškė, kad buvo atrastos visiškai naujos „žaidimo taisyklės“, pagal kurias vyksta šviesos ir materijos sąveika. Šioje srityje klasikinė fizika, atstovaujama Niutono mechanikos ir Maksvelo elektrodinamikos, užleidžia vietą Kvantinė fizika – mikropasaulio teorija, kurios statyba tęsiasi ir šiandien.

Išorinis fotoefektas

Išorinis fotoelektrinis efektas (fotoefektas) yra elektronų emisijos procesas, kurį sukelia medžiaga, kai ji sugeria elektromagnetinės spinduliuotės kvantus (fotonus). Išorinį fotoelektrinį efektą 1887 metais atrado G. Hertzas, atradęs, kad kibirkšties iškrova tarp dviejų metalinių rutuliukų vyksta daug intensyviau, jei vienas iš rutuliukų yra apšviestas ultravioletiniais spinduliais. Po elektrono atradimo, išmatavus iš metalo spinduliuotės išskiriamų dalelių specifinį krūvį, buvo galima nustatyti, kad dalelės buvo elektronai.

Detalus eksperimentinis tyrimas Išorinio fotoelektrinio efekto dėsningumai metalams atlikti 1888 – 1889 m. A.G. Stoletov ant instaliacijos su fotoelementu, kurios schema parodyta paveikslėlyje. Vakuuminės dviejų elektrodų lempos formos fotoelementas turi metalinį katodą KAM, kuris, apšviestas pro kvarcinį langą matoma šviesa ar ultravioletine spinduliuote, skleidžia elektronus. Iš katodo išspinduliuojami fotoelektronai pasiekia anodą A, užtikrinti srautą grandinėje elektros srovė, kuris fiksuojamas galvanometru arba miliametru. Speciali šaltinio prijungimo grandinė leidžia keisti į fotoelementą tiekiamos įtampos poliškumą.

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta fotosrovės priklausomybė nuo įtampos tarp katodo ir anodo (voltų amperų charakteristikos), kai monochromatinė bangos ilgio šviesa krinta ant katodo esant pastoviam šviesos srautui esant dviem šviesos srauto vertėms (>) . Iš srovės-įtampos charakteristikos aišku, kad esant tam tikrai teigiamai įtampai fotosrovė pasiekia prisotinimą – visi katodo skleidžiami elektronai pasiekia anodą. Prisotinimo srovę lemia elektronų skaičius, kurį katodas išspinduliuoja per laiko vienetą veikiant šviesai. Iš paveikslo matyti, kad iš katodo išspinduliuojamų elektronų skaičius tam tikru krintančios šviesos dažniu priklauso nuo šviesos srauto ( > ) nuo ( > ). Įjungus įtampą fotosrovė neišnyksta, tai rodo, kad elektronai palieka katodą kitu greičiu nei nulis, t.y. turi pakankamai kinetinės energijos pasiekti anodą. Esant neigiamai įtampai, katodo skleidžiamas elektronas patenka į stabdomąjį elektrinį lauką, kurį gali įveikti tik turėdamas tam tikrą kinetinės energijos rezervą. Mažos kinetinės energijos elektronas, išskridęs iš katodo, negali įveikti stabdymo lauko ir patekti į anodą. Toks elektronas grįžta į katodą, neprisidėdamas prie fotosrovės. Todėl sklandus fotosrovės sumažėjimas neigiamų įtampų srityje rodo, kad iš katodo išeinantys fotoelektronai turi skirtingos reikšmės kinetinė energija. Esant tam tikram neigiamam įtampai, kurios reikšmė vadinama lėtinimo įtampa (potencialu), fotosrovė tampa lygi nuliui. Esant tokiai įtampai, nė vienas elektronas nesugeba įveikti lėtinančio lauko ir pasiekti anodo. Atitinkamas lėtėjantis elektrinis laukas atitolina visus elektronus, išeinančius iš katodo, įskaitant elektronus, kurių kinetinė energija didžiausia.

Matuojant lėtinimo įtampą, šią didžiausią fotoelektronų energiją arba maksimalų greitį galima nustatyti iš santykio

, (6.41.1)

kur yra elektrono masė, elektrono krūvis ir didžiausias skleidžiamų elektronų greitis.

Daugelis eksperimentatorių nustatė šiuos pagrindinius fotoelektrinio efekto principus:

1. Maksimali fotoelektronų kinetinė energija (ir todėl ) didėja tiesiškai didėjant šviesos dažniui ν ir nepriklauso nuo šviesos srauto (žr. paveikslą žemiau).

2. Kiekvienai medžiagai yra vadinamasis raudonos nuotraukos efekto kraštinė, ty žemiausią dažnį, kuriam esant vis dar galimas išorinis fotoelektrinis efektas.

3. Esant pastoviai ant katodo krintančios šviesos spektrinei kompozicijai, fotoelektronų skaičius, skleidžiamas šviesos iš katodo per 1 s, yra tiesiogiai proporcingas šviesos srautui:

Šis teiginys vadinamas Stoletovo įstatymas.

4. Fotoelektrinis efektas yra praktiškai be inercijos fotosrovė atsiranda iškart po katodo apšvietimo pradžios, jei šviesos dažnis ν > νmin.

Bandymai paaiškinti fotoelektrinio efekto dėsnius taikant klasikinę bangų teoriją, kurioje spinduliuotė buvo laikoma elektromagnetinėmis bangomis, leido prieiti prie išvadų, priešingų eksperimento metu pastebėtoms. Iš tiesų, elektronų išmetimą iš metalo aiškindama jėga, kurią juos veikia bangos elektrinis laukas, tokia teorija neišvengiamai priėjo prie išvados, kad maksimalią fotoelektronų kinetinę energiją turėtų lemti ant katodo patenkantis šviesos srautas. . Raudonos ribos buvimas fotoelektriniame efekte taip pat prieštaravo bangų teorijos išvadoms.

Sprendimą 1905 m. rado A. Einšteinas. Stebėtus fotoelektrinio efekto dėsnius teoriškai paaiškino Einšteinas, remdamasis M. Plancko hipotezės, kad elektromagnetinė spinduliuotė skleidžiama atskirų dalių – kvantų pavidalu. kurių energija priklauso nuo dažnio. Einšteinas žengė kitą žingsnį kuriant kvantines koncepcijas. Jis priėjo prie išvados, kad šviesa taip pat turi pertraukiamą diskrečią struktūrą: šviesa ne tik skleidžiama, bet ir sklinda bei sąveikauja su medžiaga atskirų dalių pavidalu.

Elektromagnetinė banga susideda iš atskirų dalių – kvantų, vėliau pavadintas fotonai. Sąveikaujant su medžiaga fotonas visą savo energiją perduoda vienam elektronui. Susidūręs su materijos atomais elektronas gali išsklaidyti dalį šios energijos. Jei elektronas yra pačiame paviršiuje, dalis elektrono energijos išleidžiama įveikiant potencialų barjerą metalo ir vakuumo sąsajoje. Norėdami tai padaryti, elektronas turi padaryti darbo funkcija, priklausomai nuo katodo medžiagos savybių. Didžiausia kinetinė energija, kurią gali turėti iš katodo išspinduliuotas fotoelektronas, nustatoma pagal energijos tvermės dėsnį:

(6.41.3)

Taigi, krintančio fotono energija išleidžiama elektronui, atliekančiam metalo palikimo darbą, ir kinetinės energijos perdavimui išspinduliuotam fotoelektronui pagal energijos tvermės dėsnį

(6.41.4)

Išraiška (6.41.4) vadinama išorinio fotoelektrinio efekto Einšteino formule (lygtimi). Naudojant Einšteino lygtį, galima paaiškinti visus išorinio fotoelektrinio efekto dėsnius. Einšteino lygtis reiškia tiesinę didžiausios kinetinės energijos priklausomybę nuo dažnio ir šviesos intensyvumo nepriklausomybės, raudonos ribos egzistavimo ir fotoelektrinio efekto be inercijos. Jeigu krintančių fotonų energija< , то фотоэффект не наблюдается. Отсюда частота и длина волны красной границы фотоэффекта определяются слеющими формулами:

(6.41.5)

Iš viso fotoelektronai, paliekantys katodo paviršių per 1 s, turi būti proporcingi fotonų, patenkančių į paviršių per tą patį laiką, skaičiui. Iš to išplaukia, kad soties srovė turi būti tiesiogiai proporcinga šviesos srauto intensyvumui.

Svarbi kiekybinė fotoelektrinio efekto charakteristika yra kvantinė išeiga, kuri lemia išspinduliuotų elektronų skaičių vienam fotonui, patenkančiam į metalą. Prie raudonos ribos daugumos metalų kvantinė išeiga yra maždaug 10–4 elektronų/fotonų. Kvantinės išeigos mažumą lemia tai, kad energiją, kurios pakanka išeiti iš metalo, sulaiko tik tie elektronai, kurie gavo energiją iš fotonų ne didesniame kaip 0,1 mikrono gylyje nuo paviršiaus. Be to, metalų paviršius stipriai atspindi spinduliuotę. Didėjant fotonų energijai, tai yra, mažėjant spinduliuotės bangos ilgiui, kvantinė išeiga didėja ir sudaro 0,01–0,05 elektrono/fotonui, kai fotono energija yra vieno elektrono volto eilės. Rentgeno spinduliuotei, kurios fotono energija yra eV, beveik kas dešimt fotonų, patenkančių į paviršių, iš metalo išsiskiria vienas elektronas.

1887 metais Heinrichas Rudolfas Hertzas atrado reiškinį, vėliau pavadintą fotoelektriniu efektu. Jis apibrėžė jo esmę taip:

Jei gyvsidabrio lempos šviesa nukreipiama į natrio metalą, elektronai išskris iš jo paviršiaus.

Šiuolaikinė fotoelektrinio efekto formulė skiriasi:

Kai šviesos kvantai patenka ant medžiagos ir vėliau juos sugėrus, įkrautos dalelės iš dalies arba visiškai išsiskirs į medžiagą.

Kitaip tariant, kai šviesos fotonai yra absorbuojami, pastebima:

1. Elektronų emisija iš materijos
2. Medžiagos elektrinio laidumo pokytis
3. Foto-EMF atsiradimas skirtingo laidumo laikmenų (pavyzdžiui, metalo-puslaidininkio) sąsajoje

Šiuo metu yra trijų tipų fotoelektrinis efektas:

1. Vidinis fotoefektas. Jį sudaro puslaidininkių laidumo keitimas. Jis naudojamas fotorezistoriuose, kurie naudojami rentgeno ir ultravioletinės spinduliuotės dozimetruose, taip pat medicinos prietaisuose (oksimetras) ir priešgaisrinėse signalizacijose.
2. Vožtuvo fotoefektas. Jį sudaro foto-EMF atsiradimas medžiagų sąsajoje su skirtingi tipai laidumas, atsirandantis dėl elektros krūvininkų atskyrimo elektrinis laukas. Jis naudojamas saulės energija varomas, seleno fotoelementuose ir jutikliuose, kurie fiksuoja šviesos lygį.
3. Išorinis fotoefektas. Kaip minėta anksčiau, tai yra procesas, kai elektronai palieka medžiagą į vakuumą, veikiami elektromagnetinės spinduliuotės kvantų.

Išorinio fotoelektrinio efekto dėsniai.

Jas XX amžiaus sandūroje įrengė Filipas Lenardas ir Aleksandras Grigorjevičius Stoletovas. Šie mokslininkai išmatavo išmestų elektronų skaičių ir jų greitį kaip taikomos spinduliuotės intensyvumo ir dažnio funkciją.

Pirmasis įstatymas (Stoletovo įstatymas):

Soties fotosrovės stipris yra tiesiogiai proporcingas šviesos srautui, t.y. patenkanti spinduliuotė ant medžiagos.

Teorinė formuluotė: Kai įtampa tarp elektrodų lygi nuliui, fotosrovė nėra lygi nuliui. Tai paaiškinama tuo, kad išėję iš metalo elektronai turi kinetinę energiją. Esant įtampai tarp anodo ir katodo, fotosrovės stipris didėja didėjant įtampai, o esant tam tikrai įtampos vertei srovė pasiekia didžiausią vertę (sotinimo fotosrovę). Tai reiškia, kad visi elektronai, kuriuos kas sekundę išskiria katodas, veikiami elektromagnetinės spinduliuotės, dalyvauja kuriant srovę. Kai pakeičiamas poliškumas, srovė krenta ir greitai tampa nuliu. Čia elektronas veikia prieš lėtinantį lauką dėl kinetinės energijos. Didėjant spinduliavimo intensyvumui (daugėja fotonų), didėja metalo sugertų energijos kvantų skaičius, todėl didėja ir išspinduliuojamų elektronų skaičius. Tai reiškia, kad kuo didesnis šviesos srautas, tuo didesnė soties foto srovė.

I f us ~ F, I f us = k F

k - proporcingumo koeficientas. Jautrumas priklauso nuo metalo pobūdžio. Metalo jautrumas fotoelektriniam efektui didėja didėjant šviesos dažniui (mažėjant bangos ilgiui).

Ši įstatymo formuluotė yra techninė. Jis galioja vakuuminiams fotovoltiniams įrenginiams.

Išspinduliuotų elektronų skaičius yra tiesiogiai proporcingas krintančio srauto tankiui, kai jo spektrinė sudėtis yra pastovi.

Antrasis dėsnis (Einšteino dėsnis):

Didžiausia pradinė fotoelektrono kinetinė energija yra proporcinga krintančio spinduliavimo srauto dažniui ir nepriklauso nuo jo intensyvumo.

E kē = => ~ hυ

Trečiasis įstatymas („raudonos sienos“ įstatymas):

Kiekvienai medžiagai yra nustatytas minimalus dažnis arba didžiausias bangos ilgis, už kurį nėra jokio fotoelektrinio efekto.

Šis dažnis (bangos ilgis) vadinamas fotoelektrinio efekto „raudonuoju kraštu“.

Taigi jis nustato fotoelektrinio efekto sąlygas tam tikrai medžiagai, priklausomai nuo elektrono iš medžiagos darbo funkcijos ir krintančių fotonų energijos.

Jei fotono energija yra mažesnė už elektrono iš medžiagos darbo funkciją, fotoelektrinio efekto nėra. Jei fotono energija viršija darbo funkciją, tada jos perteklius po fotono absorbcijos pereina į pradinę fotoelektrono kinetinę energiją.

Naudojant jį fotoelektrinio efekto dėsniams paaiškinti.

Einšteino fotoelektrinio efekto lygtis yra ypatingas energijos tvermės ir transformacijos dėsnio atvejis. Savo teoriją jis grindė vis dar besiformuojančios kvantinės fizikos dėsniais.

Einšteinas suformulavo tris pasiūlymus:

1. Veikiant medžiagos elektronams, krintantys fotonai visiškai absorbuojami.
2. Vienas fotonas sąveikauja tik su vienu elektronu.
3. Vienas sugertas fotonas prisideda prie tik vieno fotoelektrono, turinčio tam tikrą E kē, išsiskyrimo.

Fotono energija išleidžiama elektrono darbo funkcijai (Aout) iš medžiagos ir jo pradinei kinetinei energijai, kuri bus maksimali, jei elektronas paliks medžiagos paviršių.

E kē = hυ - A išvestis

Kuo didesnis krentančios spinduliuotės dažnis, tuo didesnė fotonų energija ir tuo daugiau (atėmus darbo funkciją) lieka pradinei fotoelektronų kinetinei energijai.

Kuo intensyvesnė krentanti spinduliuotė, tuo daugiau fotonų patenka į šviesos srautą ir tuo daugiau elektronų gali ištrūkti iš medžiagos ir dalyvauti kuriant fotosrovę. Štai kodėl soties fotosrovės stipris yra proporcingas šviesos srautui (I f us ~ F). Tačiau pradinė kinetinė energija nepriklauso nuo intensyvumo, nes Vienas elektronas sugeria tik vieno fotono energiją.