ИЗ ИСТОРИИ ФОТОЭФФЕКТА

1.3

Тогда же возникла версия о том, что фотопроводимость селена якобы первым обнаружил Дж. Мей — коллега Смита по службе в компании, осуществлявшей прокладку телеграфных кабелей через океан. Эта версия находит место в некоторых современных публикациях , несмотря на отсутствие документальных свидетельств о претензиях на это открытие самого Мея, остававшегося близким коллегой Смита еще примерно 20 лет. Известно, однако, что Смит в 1876 году просил Общество инженеров-телеграфистов подтвердить его приоритет, поскольку именно в это общество он обратился с первым сообщением, «привлекшим внимание к воздействию света на селен». Вскоре данное общество влилось в Общество инженеров-электриков, а в 1883 году У. Смит был избран его президентом.

Интересную зависимость между световыми и электрическими явлениями подметил и Г. Герц в своих знаменитых опытах, проведенных в 1886—1888 годах. Герц попытался доказать или опровергнуть реальность предсказанных М. Фарадеем в 1845 году и математически обоснованных Д. Максвеллом в 1862 году электромагнитных волн, тождественных световым волнам, существование которых считалось доказанным еще в XVII веке.

В декабре 1886 года Герцу удалось получить резонанс между двумя колебательными системами: искра вибратора вызвала миниатюрную ответную искру в удаленном на расстояние резонаторе. Серия опытов, проведенных Герцем, привела к открытию неизвестного ранее вида излучения — электромагнитных волн.

Во время экспериментов Герц обнаружил побочное явление: освещение искрового промежутка резонатора позволяло увеличить длину искры. Со свойственной ученому тщательностью Герц установил, что это действие производит ультрафиолетовый свет любого источника, причем на эффекте сказывалось лишь освещение отрицательного электрода. Положительный электрод к световому облучению чувствительности не проявлял .

О первых результатах своих опытов Г. Герц сообщил своему учителю Г. Гельмгольцу и при его содействии опубликовал две статьи. Одна из них под названием «Об очень быстрых электрических колебаниях» была посвящена экспериментальному доказав тельству существования электромагнитных волн, в то время как другая — «Об одном действии ультрафиолетового света на разряд электричества» — отражала только случайно замеченное явление и заканчивалась словами: «... в настоящее время я ограничиваюсь тем, что сообщаю установленные мною факты, не создавая никакой теории о том, каким образом возникают наблюдаемые явления». В дальнейших своих экспериментах Г. Герц к этому вопросу больше не возвращался. По-видимому, случайно обнаруженное побочное явление хотя и представляло для него определенный научный интерес, однако не давало нового материала к истолкованию доказательства существования электромагнитных волн.

Парадокс заключается в том, что две статьи Г. Герца, написанные почти одновременно и на основании экспериментальных результатов, добытых в течение одного месяца, оказались достоянием разных эпох. Первая из них подтверждала правильность теории Максвелла и заслуженно явилась венцом классической физики. Вторая же статья ставила под сомнение универсальность максвелловских уравнений электромагнитного поля и способствовала тем самым зарождению квантовой физики.

Среди ученых огромный интерес вызвали основные опыты Герца по генерированию электромагнитных волн. Продолжение исследований в этом направлении привело А. С. Попова, а затем Г. Маркони к изобретению радиосвязи. Побочный же результат работ Герца — обнаружение влияния ультрафиолетового облучения на длину искрового промежутка — сначала не привлек столь большого внимания. Повторяя опыты Герца, дрезденский физик В. Гальвакс брал цинковый шарик с полированной поверхностью, соединенный с электроскопом, и сообщал ему электрический заряд. При освещении шарика светом вольтовой дуги золотые листочки электроскопа опадали, что указывало на исчезновение заряда. Таким образом, В. Гальваксу удалось использовать свет, то есть лучистую энергию, для нейтрализации заряда электричества и наблюдать фотоэффект в статических условиях.

В феврале 1888 года начал свои исследования профессор физики Московского университета Александр Григорьевич Столетов. В отличие от Г. Герца и В. Гальвакса он задумал изучить явление при относительно низких потенциалах, что позволило бы отделить фотоэлектрический эффект, или, по терминологии А. Г. Столетова, «актиноэлектрические явления», от обыкновенного рассеивания электрических зарядов и провести при этом количественные измерения.

В качестве приемника лучистой энергии А. Г. Столетов использовал двухэлектродное устройство. Один из электродов представлял собой диск диаметром 22 см из полированного цинка, другой — металлическую сетку такого же размера. Полированный диск соединялся с отрицательным полюсом батареи, сетка — с положительным. Свет от ультрафиолетового источника (дугового фонаря) попадал на полированную поверхность электрода через сетку или сетчатый электрод. При этом в цепи возникал постоянный фотоэлектрический ток, который регистрировался гальванометром, включенным в цепь между сеткой и положительным полюсом батареи.

Конструкцию прибора и предварительные результаты проведенных с его помощью исследований А. Г. Столетов опубликовал уже в апреле 1888 года в Трудах Парижской Академии наук — том же самом издании, в котором почти пятьдесят лет назад появилось первое сообщение о фотоэффекте Э. Беккереля. В том же журнале вскоре появилось еще несколько статей русского ученого.

Своими публикациями А. Г. Столетов показал, что он не только опередил в исследованиях В. Гальвакса и итальянского физика А. Риги (автора термина «фотоэлектрический эффект»), но и нашел более точные количественные и качественные определения открытого явления.

Уже в первых публикациях А. Г. Столетов сообщил о некоторых особенностях замеченных им актиноэлектрических явлений, таких, как униполярность (против чего первоначально возражал А. Риги), прямая пропорциональность между силой фототока и энергией облучения, практически мгновенная реакция на

А. Г. Столетов

свет (то есть безынерционность явления), рост фототока с повышением температуры.

Для исследований в вакууме А. Г. Столетов приготовил другой прибор в виде стеклянного цилиндра диаметром 7 см с входным окном из кварцевой пластины толщиной 5 мм. Светочувствительной поверхностью в этом приборе служил латунный посеребренный диск, закрепленный на торце микрометрического винта. Положительный электрод в виде решетки был напылен из серебра на внутреннюю поверхность кварцевой пластины. Такая конструкция позволяла уменьшать расстояние между электродами и пользоваться пониженным до ничтожной величины напряжением батареи.

Через отверстия в стеклянном цилиндре производилась непрерывная откачка воздуха из прибора. Через эти же отверстия прибор можно было наполнять различными газами и изменять их давление. Эксперименты позволили обнаружить, что фототок проходит через максимум при определенном давлении газа.

Опыты А. Г. Столетова по тщательности их подготовки, лабораторному обеспечению и полученным результатам могут быть сравнимы с классическими опытами Генриха Герца. К сожалению, после 1890 года А. Г. Столетов не имел возможности заниматься актиноэлектрическими исследованиями.