Александр Григорьевич Столетов
1833—1896

Исследование фотоэффекта

В 1888 году Александр Григорьевич Столетов начинает исследование фотоэффекта, открытого за год до этого Герцем. Эти исследования принесли Столетову мировую известность. Они продолжались два года: с февраля 1888 по июль 1890 года и можно только удивляться, как много было сделано за этот срок человеком, занятым в основном преподавательской деятельностью.

Что было известно до работ Столетова? В 1887 году Герц обнаружил, что проскакивание искры между электродами облегчается (происходит при большем расстоянии между ними) при освещении электродов ультрафиолетовыми лучами. В том же году Видеман и Эберт показали, что эффект вызывает освещение не любого электрода, а только катода. Вслед за ними Гальвакс упростил опыт, используя вместо искры «тихий разряд» предварительно заряженного электрода. Присоединяя к этому электроду электроскоп, Гальвакс обнаружил, что освещение ультрафиолетовым светом приводит к уменьшению заряда электрода.

С помощью электроскопа, соединенного с незаряженным телом, Гальвакс показал, что в результате разрядки отрицательного электрода при освещении его ультрафиолетовым светом заряд переходит на окружающие тела.

Начав исследование явления, открытого Герцем и получившего название фотоэффекта, Столетов, повторив опыты Герца, Видемана, Эберта и Гальвакса, в дальнейшем разработал новую методику, позволившую построить количественную теорию фотоэффекта.

На рисунке показана схема установки, с помощью которой Столетов проводил свои опыты (этот рисунок ученый приводит в своих рукописях). Основная часть установки — прибор, который Столетов назвал сетчатым конденсатором. Он состоит из металлической сетки — анода и плоского металлического диска — катода (сетчатый конденсатор явился прообразом фотоэлемента). Этот прибор (С) включался последовательно с гальванометром (G) в цепь с батареей (В). При освещении катода сильным светом вольтовой дуги (А) гальванометр регистрировал наличие тока в цепи.

Схема установки, на которой А. Г. Столетов изучал фотоэлектрические явления.

С помощью такой установки Столетов изучал различные стороны фотоэффекта. На основании результатов своих экспериментов он делает следующие выводы: необходимым условием фотоэффекта является поглощение света материалом катода; каждый элемент поверхности катода участвует в явлении независимо от других; явление фотоэффекта практически безынерционно («...ток появляется и исчезает одновременно с освещением и, следовательно, при прерывистом освещении ток — также прерывистый с тем же периодом»). Меняя напряжение на электродах, Столетов получает вольт-амперную характеристику фотоэлемента (сетчатого конденсатора): фототок возрастает с увеличением напряжения между электродами, а малые токи пропорциональны напряжению; начиная с некоторого значения напряжения фототок практически не меняется при увеличении напряжения, т. е. фототок стремится к насыщению. Поместив прибор в стеклянный цилиндр, из которого можно было откачивать воздух, ученый обнаружил, что по мере уменьшения давления воздуха фототок возрастает, достигает максимума и затем убывает.

Будучи уверенным в том, что величина фототока определенно связана с освещением, Столетов проводит целую серию опытов с целью установить эту зависимость. Меняя силу света источника, он нашел, что величина фототока насыщения пропорциональна световому потоку, падающему на катод.

Столетов помещает свой конденсатор в керосин, спирт, сероуглерод. Затем он задается целью изучить фотоэлектрический эффект в различных газах при различных давлениях, и выводит свой известный закон, связывающий критическое давление, электродвижущую силу батареи и расстояние между электродом и сеткой. Оказывается, если помножить это расстояние на критическое давление, а полученное произведение разделить на электродвижущую силу, то получится некоторая постоянная величина, которая вошла в науку под названием константы Столетова.

В своих опытах ученый вплотную подошел к установлению законов электрических разрядов в газах. Теорию таких явлений построил английский физик Таунсенд, использовав полученные Столетовым результаты. Таунсенд дал открытому Столетовым закону о зависимости силы тока несамостоятельного разряда от давления название «эффект Столетова», под которым он и вошел в мировую научную литературу. Когда в 1889 году Столетов приехал в Париж на II Международный конгресс электриков, ученые всех стран чествовали его как одного из самых выдающихся физиков современности.

По материалам книги
"Замечательные ученые"
под ред. С.П. Капицы

предыдущая / главная /  следующая страница

© Все права сохранены. Initeh.ru