тового света металлы теряют отрицательный заряд. В том же 1888 Столетов другим методом, получившим впоследствии общее распространение, сделал первые количественные измерения силы фототока при помощи гальванометра и обнаружил безинерционность эффекта, — его работы послужили исходным пунктом для многих зарубежных исследователей. В 1890 Эльстер и Гейтель построили первый фотоэлемент, явившийся прототипом всех последующих форм этого прибора; в 1892 они же воспользовались фотоэлектрическим принципом для первого фотоэлектрического фотометра. В 1899 Ленард, а также Дж. Дж. Томсон измерили отношение заряда к массе частиц, испускаемых освещенными металлами, и нашли, что это отношение равно
для частиц катодных лучей; этим было показа но, что Ф. я. заключаются в испускании электронов под действием света.
Этот процесс взаимодействия лучистой энергии и электронов получил свое истолкование только с развитием квантовой теорйи света, блестящим подтверждением к-рой явились именно Ф. я. Эйнщтейн (1985) дал свое уравнение <см. ниже), охватывающее все Закономерности фотоэффекта. За последнее десятилетие наблюдается повышенный интерес к Ф. я.; работы касаются как экспериментальных вопросов, приведших к значительному усовершенствованию техники фотоэлементов, так и теоретических. Эти последние базируются главным образом на применении йовой квантовой механики к задачам электронной теории металлов.
Методика исследований. Электроны, срываемые светом, обладают собственными скоростями; если им дать возможность попасть на электрометр, последний покажет отрицательный заряд. Так именно и были произведены первые наблюдения Галльвакса. Однако при такой постановке опыта эффект быстро ослабевает, т. к. в светочувствительном веществе образуются положительные заряды, притягивающие электроны обратно. Эти заряды необходимо нейтрализовать, что и достигается в обычных схемах фотоэлектрических измерений: сорванные светом электроны подхватываются внешним электрическим полем и, достигая анода, дают во внешней цепи фотоэлектрический ток, к-рый может быть обнаружен _ при помощи доста= — — точно чувствительного гальванометра или. электрометра; на их место притекают новые электроны из катода. На рис. 1 предРис. 1. ставлена схема исследования объемного фотоэффекта; здесь светочувствительное вещество заполняет все пространство между анодом и катодом. В более сложном случае внешнего фотоэффекта электроны срываются в самом поверхностном слое; прежде чем попасть в анод, они должны выйти в другую среду, чаще всего в вакуум. По такому принципу построены все широко распространенные пустотные и газонаполненные фотоэлементы (см.) — анод и катод заключаются в откачанную колбу, причем светочувствительное вещество тонким слоем наносится на катод.
Среди других методов фотоэлектрических измерений следует отметить применение счетчика Гейгера и конденсатора Милликена. В этом последнем случае взвешенные в поле тяжести пылинки исследуемого вещества, напр. соли, помещаются между пластинами конденсатора и удерживаются в состоянии равновесия действием приложенного электрического поля; при освещении происходит потеря заряда, вследствие чего равновесие нарушается и частичка начинает падать. Изменяя поле, ее можно опять привести в поле зрения. Преимуществом обоих методов является то, что здесь можно проследить вылетание отдельных электронов; несмотря на ряд существенных не 342
достатков, они находят свое применение главным образом при исследовании фотоэффекта с диэлектриков, т. к. здесь образующиеся вследствие недостатка электронов заряды затрудняют измерение фототоков обычным 'методом.
При изучении Ф. я. в лучах Рентгена и у-лучах весьма успешно применяется метод камеры Вильсона (см.), тоже позволяющий видеть отдельные элементарные акты. Порядок фотоэлектрических токов весьма мал — около 10“6 ампер на люмен (см.); поэтому при их измерении должны быть приняты все предосторожности для исключения вторичных эффектов. Это обстоятельство особенно существенно при исследовании объемного фотоэффекта в газах и парах, где слабый эффект с атомов газа может совершенно маскироваться сильным испусканием электронов с задеваемых световым пучком электродов и стенок сосуда.
Основные положения. При взаимодействии лучистой энергии и электронов имеют место следующие соотношения, установленные экспериментальным путем и получившие подтверждение во всех без исключения случаях: 1) фотоэффект происходит безинерционно, искра продолжительностью 3 — Ю""9 сек. еще способна выбрасывать электроны. Запаздывание фотоэффекта в практических фотоэлементах объясняется побочными причинами; 2) фотоэффект не зависит от температуры. Эти свойства весьма характерны и могут служить критерием для суждения о фотоэлектрической природе какого-нибудь явления; 3) сила фототока, определяемая количеством дошедших до анода электронов, прямо пропорциональна интенсивности света; 4) энергия выброшенного электрона не зависит от интенсивности света; 5) эта энергия определяется исключительно частотой света, являясь ее линейной функцией; 6) испускание электронов (во внешнем фотоэффекте) начинается только с некоторой, для каждого вещества определенной, длины световой волны («красная граница» фотоэффекта); при меньших частотах срывания электронов не происходит, как бы велика ни была интенсивность поглощенного света.
При истолковании фотоэлектрических явлений резко столкнулись две теории света: волновая и квантовая. Волновая теория не была в состоянии объяснить нек-рые из вышеприведенных положений. Так, представлялось непонятным положение 4: чем больше интенсивность света, т. е. амплитуда колебаний, тем бблыпая сила действует на электрон и тем бблыпую скорость и энергию он должен был бы получить. По квантовой теории все фотоэлектрические закономерности истолковываются очень просто. Здесь первенствующее значение имеет не волна и ее амплитуда, а световой квант (см.) и его энергия.
Математическая формулировка фотоэффекта заключается в двух положениях Эйнштейна: 1) каждый квант срьщает один электрон, иначе говоря, число сорванных электронов равно числу поглощенных квантов: hv • N = Q, где Q — энергия поглощенного света,. N — число электронов, сорванных этим светом. Не все сорванные электроны, вообще говоря, доходят до анода. Число электронов, проявивших себя в фотоэлектрическом токе, отнесенное к одному кванту поглощенной энергии, называют квантовым выходом; 2) энергия кванта тратится в общем случае на то, чтобы: а) освободить электрон из атома (эта работа пропорциональна
