Фотоэлектрический эффект и термоэлектронная эмиссия

Проводимость воздуха при низком давлении и проводимость пламени, способного снять поляризацию, стали объясняться, как и проводимость жидкости, ионами. Эта гипотеза была выдвинута Гитторфом в 1879 г. А в 1887-90 гг. Шустер показал, что электрические искры ускоряют разряд заряженных проводников. Г. Герц в 1888 г. установил, что разряд ускоряется при облучении УФ светом. Аррениус поместил в разреженный воздух два платиновых электрода и обнаружил, что при освещении от внешней разрядной трубки проводимость между электродами повышается. Это фактически был первый фотоэлемент. Термин “фотоэлектрический” был введен в науку Аугусто Риги в 1888 г., когда он наблюдал положительный заряд на металле, облученном ультрафиолетовым светом. Но явление это еще раньше предсказал Вильгельм Гальвакс, и оно стало называться эффектом Гальвакса или Герца-Гальвакса

В исследование внешнего фотоэффекта существенный вклад внес Александр Григорьевич Столетов (1839-1896). После открытия фотоэффекта Герцем в 1887 году Столетов в 1888 изучил его законы; сам эффект он назвал "актиноэлектрическим". А.Г.Столетов окончил Московский университет, 4 года стажировался за границей у Кирхгофа и Вебера, после чего стал профессором МГУ. Добавим попутно, что теоретическое объяснение внешнего фотоэффекта дал в начале 20 века Альберт Эйнштейн.

Исследуя внешний фотоэффект (современный термин), Дж. Томсон определил для носителя заряда отношение заряда к массе. Оно оказалось таким же, как и в катодных лучах. Аналогичные опыты были проведены по отношению к испусканию отрицательного заряда раскаленной угольной нитью, которое было открыто еще Эдисоном в 1879г. Результат тот же - это поток электронов.

Раньше внешнего фотоэффекта был открыт фотоэффект внутренний (1873). Экспериментируя с высокоомными сопротивлениями, потребными для трансатлантического кабеля, У.Смит, английский электротехник, обнаружил значительное увеличение проводимости в аморфном селене при освещении (фотопроводимость). А в 1774 г. немецкий физик Карл Браун обнаружил выпрямление в некоторых природных кристаллах (сернистый цинк, окислы свинца).

Работы Смита и Брауна впоследствии, к середине 20 века привели к появлению целого семейства полупроводниковых приборов: диоды, транзисторы, фотодиоды, фоторезисторы и др.), которые способствовали научно-технической революции и появлению современных компьютеров.

Таковы вкратце события в физике этого периода, накануне 20 в., поставившего перед физическим познанием ряд острых вопросов и приведшего его к новым высотам и... кризису.

Двадцатый век

Одной из загадок, перешедших по наследству из 19 в., была “неудача” опыта Майкельсона, на основании которого эфир должен был увлекаться Землей при ее вращении, что противоречило астрономическим наблюдениям аберрации. Это расхождение пытались объяснить, принимая во внимание лоренцево сокращение - сокращение того оптического плеча, которое расположено в направлении вращения Земли, именно оно могло компенсировать разность оптического хода в двух плечах интерферометра Майкельсона. Но это была гипотеза ad hoc (на данный случай).

Примерно в то же время Г.А.Лоренц написал систему из 5 уравнений электродинамики, инвариантных по отношению к преобразованиям Лоренца, но не Галилея. А до этого Г.Герц дал свою систему уравнений, которая была инвариантна к преобразованиям Галилея. Возникло еще одно противоречие - между классической механикой и электродинамикой.

Физика конца 19 - начала 20 в. находилась под известным влиянием философии австрийского физика Эрнста Маха (1838-1916). Он возражал против ньютоновского понятия массы как количества вещества. Считал также, что цель науки - экономия опыта, путем замены его мысленным изображением фактов.