труднощів. Дійсно, під дією поля світлової хвилі в металі виникають вимушені коливання електронів, амплітуда яких (наприклад, при резонансі) може бути достатньою для того, щоб електрони покинули метал; тоді і спостерігається фотоефект. Кінетична енергія виривалася з металу електрона мала б залежати від інтенсивності падаючого світла, оскільки із збільшенням останньої електрону передавалася б велика енергія. Однак цей висновок суперечить II закону фотоефекту. Так як, по хвильової теорії, енергія, що передається електронам, пропорційна інтенсивності світла, то світло будь-якої частоти, але досить великої інтенсивності мав би виривати електрони з металу; іншими словами, червоною кордону фотоефекту не повинно бути, що суперечить III закону фотоефекту. Крім того, хвильова теорія не змогла пояснити безінерційність фотоефекту, встановлену дослідами. Таким чином, фотоефект нез'ясовний з точки зору хвильової теорії світла.
3.2 Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту. Експериментальне підтвердження квантових властивостей світла
А. Ейнштейн в 1905 р. показав, що явище фотоефекту і його закономірності можуть бути пояснені на основі запропонованої ним квантової теорії фотоефекту. Згідно Ейнштейну, світло частотою не тільки випускається, як це припускав Планк, але й поширюється в просторі і поглинається речовиною окремими порціями (квантами), енергія яких. Таким чином, поширення світла потрібно розглядати не як безперервний хвильовий процес, а як потік локалізованих в просторі дискретних світлових квантів, що рухаються зі швидкістю поширення світла у вакуумі. Кванти електромагнітного випромінювання отримали назву фотонів.
За Ейнштейну, кожен квант поглинається тільки одним електроном. Тому число вирваних фотоелектронів має бути пропорційно інтенсивності світла (I закон фотоефекту). Безінерційність фотоефекту пояснюється тим, що передача енергії при зіткненні фотона з електроном відбувається майже миттєво.
Енергія падаючого фотона витрачається на здійснення електроном роботи виходу з металу і на повідомлення вилетів фотоелектронну кінетичної енергії. За законом збереження енергії,
(2)
Рівняння (2) називається рівнянням Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту.
Рівняння Ейнштейна дозволяє пояснити II і III закони фотоефекту. З (2) безпосередньо випливає, що максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає із збільшенням частоти падаючого випромінювання і не залежить від його інтенсивності (числа фотонів), так як ні, ні від інтенсивності світла не залежать (II закон фотоефекту). Оскільки із зменшенням частоти світла кінетична енергія фотоелектронів зменшується (для даного металу), то при деякій досить малій частоті кінетична енергія фотоелектронів стане рівною нулю і фотоефект припиниться (III закон фотоефекту). Відповідно до викладеного, з (2) отримаємо, що
(3)
і є червона межа фотоефекту для даного металу. Вона залежить лише від роботи виходу електрона, тобто від хімічної природи речовини і стану його поверхні.
Вираз (2) можна записати, використовуючи (1) і (3), у вигляді
Рівняння Ейнштейна було підтверджено дослідами Милликена. У його приладі (1916 р.) поверхню досліджуваного металу піддавалася очищенню у вакуумі. Досліджувалася залежність максимальної кінетичної енергії фотоелектронів, змінювалося затримуюче напруга (д...
