4.1.1.Thí nghiệm.
Hiện tượng quang ñiện do Hertz khám phá năm 1887 và ñược Alekxandr Grigorits Stoletov nghiên cứu chi tiết 1888. Sơ ñồ thí nghiệm của Stoletov hình 4.2.
Cực dương ñược nối với một ñiện kế nhạy G vào lưới ñồng A. Cực âm của pin thì nối với bản kẽm K ñặt song song với A cách nhau khoảng vài mm. Khi chưa
rọi ánh sáng vào K ñiện kế G chỉ số “không” trong mạch không có dòng ñiện. Khi rọi ánh sáng K trong mạch xuất hiện dòng ñiện, kim ñiện kế G bị lệch.
Nếu ñổi chiều ñiện trường thì trong mạch cũng không có dòng ñiện mặc dù ñang rọi ánh sáng. Như vậy dòng ñiện xuất hiện trong mạch khi rọi ánh sáng vào bản K tích ñiện âm là do một số electron bức ra khỏi K và bị hút về cực dương A ñóng kín mạch. Dòng ñiện ñó gọi là dòng quang ñiện, còn các electron bức ra khỏi bản K ñược gọi là quang electron.
Stoletov làm lại thí nghiệm này trong chân không theo sơ ñồ như hình 4.2. Hai cực anod và catod ñược ñặt trong bình chân không có cửa sổ thạch anh F, hiệu ñiện thế giữa hai cực thay ñổi nhờ biến trở R (con chạy c).
*ðường ñặc trưng V-A (Volt-Ampere).
Dòng quang ñiện ñược xác ñịnh bởi số quang electron ñến ñược anod trong một ñơn vị thời gian. Giữ quang thông Φ chiếu vào catod không ñổi; thay ñổi U nhờ R. ðo dòng quang ñiện tương ứng ta dựng ñường cong biểu diễn i = f(u). Nếu thay ñổi quang thông Φ nhưng tần số ánh sáng vẫn giữ không ñổi ta sẽ ñược các ñường ñặc trưng V -A tương ứng Φ1 < Φ2
K A
E G Hình 4.1 Hình 4.1
Từ ñường ñặc trưng V-A ta thấy rằng khi hiệu ñiện thế U = 0 vẫn có dòng ñiện và nó chỉ bằng không khi U có giá trị âm Uh (Uh : hiệu ñiện thế hãm phụ thuộc vào bản chất kim loại và tần số hay bước sóng ánh sáng tới). Sự tồn tại của dòng quang ñiện ở ñây chứng tỏ rằng các quang electron bức khỏi K có một ñộng năng ban ñầu khác không. Nhờ ñó mà electron có thể thực hiện công chống ñiện trường hãm giữa hai ñiện cực ñến ñược anod: nếu gọi vmax là vận tốc ban ñầu cực ñại của quang electron ta có:
2 max max 2 1 eU mv = ( 4 – 1 )
Khi tăng U theo chiều dương, dòng quang ñiện tăng dần vì rằng số quang electron ñến anod càng tăng. Khi U ñạt Ubh, tất cả các electron bứt ra khỏi catod, nên dù tiếp tục tăng U, dòng quang ñiện vẫn không ñổi. Giá trị lớn nhất của dòng quang ñiện là ibhứng với Ubh gọi là dòng quang ñiện bão hòa.
ibh = ne (4 – 2 )
(n số quang electron bức ra khỏi catod trong một giây)