Исследуя связь между светом и электричеством, Столетов в 1888 году проделал серию опытов, ставших с тех пор основой совершенно новой отрасли науки — фотоэлектроники. Один из этих опытов и привел к чрезвычайно важному открытию.Перед хорошо отполированной цинковой пластинкой, соединенной с отрицательным полюсом электрической батареи, А. Г. Столетов поместил металлическую сетку, соединенную с положительным полюсом той же батареи.Между сеткой и положительным полюсом батареи включался чувствительный измерительный прибор — гальванометр .
Как известно, электрический ток хорошо проходит только через проводники. Поскольку в опыте Столетова между сеткой и пластинкой имелся значительный воздушный промежуток, ток через него проходить не мог, и стрелка гальванометра стояла на нуле.Когда же цинковая пластинка освещалась сквозь сетку сильным светом от электрической дуги, стрелка прибора неожиданно отклонялась в сторону, показывая, что в собранной цепи, несмотря на наличие в ней разрыва, проходит небольшой электрический ток.Как только свет выключался, электрический ток немедленно исчезал и стрелка прибора возвращалась обратно к нулю.Свет порождал электричество!Чем сильнее был свет, падающий на цинковую пластинку, тем больше отклонялась стрелка прибора, тем, следовательно, больший ток создавался этим совершенно новым и необычным путем. Правильно объяснить сущность этого явления удалось много позже — после того как были подробно изучены строение вещества, природа света и их взаимная связь.В чем же суть нового явления, изученного А. Г. Столетовым?Поток света, падая на металлическую пластинку, вырывает из атомов, расположенных на ее поверхности, электроны. Чем ярче свет, тем больше вырывается электронов.Вырванные таким образом из поверхности металла электроны можно заставить двигаться в определенном направлении и тем самым получить электрический ток, являющийся, как известно, потоком электронов. Для этого рядом с освещаемой пластинкой помещается другая, имеющая сравнительно высокий положительный заряд. Так как разноименно заряженные тела всегда притягиваются друг к другу, то легкие электроны устремляются к положительно заряженной пластинке, или аноду, а от нее идут обратно в батарею. Таким образом через нашу цепь, имеющую разрыв, устанавливается круговорот электронов, или, что то же самое, электрический ток. Еще лучше этот эффект наблюдается, если обе пластинки поместить в стеклянную колбу, из которой хорошо откачан воздух. Тогда молекулы воздуха не мешают электронам, выбиваемым из отрицательно заряженной пластинки, достигать положительно заряженной.Это явление впоследствии было названо внешним фотоэлектрическим эффектом.На рисунке показано устройство основанного на этом явлении фотоэлемента, впервые сконструированного А. Г. Столетовым.
На внутреннюю поверхность небольшой стеклянной колбочки, из которой тщательно удален воздух, нанесен слой химического вещества, из которого свет особенно легко выбивает электроны, например цезия. Чтобы луч света мог свободно проникать внутрь колбочки, часть ее оставляется прозрачной. Вместо сетки внутри колбочки укреплено круглое металлическое колечко — анод. Анод имеет форму колечка, для того чтобы не заслонять собой светочувствительный слой.Анод и светочувствительный слой колбы хорошо изолированы друг от друга, и отводы от них выведены наружу: каждый — к своей ножке. К аноду присоединяется провод, идущий от положительного полюса батареи; к светочувствительному слою — провод, идущий от отрицательного полюса.Раз оба электрода не соединены друг с другом, а лишенное воздуха пространство внутри колбы не пропускает тока, то в темноте электрический ток между чувствительным слоем и анодом практически возникнуть не может.Но достаточно осветить внутреннюю поверхность колбы хотя бы самым слабым светом, как он начнет выбивать из светочувствительного слоя электроны; последние полетят к аноду, и в цепи фотоэлемента появится электрический ток, текущий одновременно через фотоэлемент, измерительный прибор и батарею.Этот ток будет уменьшаться или увеличиваться, то-есть пульсировать, в зависимости от того, ослабляется или усиливается свет, падающий на светочувствительный слой фотоэлемента.Подведя такой пульсирующий ток к чрезвычайно чувствительной газосветной лампочке, можно было бы получить в ней световые вспышки тоже переменной яркости.Оказалось, что фотоэлемент такого типа обладает и другим исключительно важным для нас свойством. С какой бы быстротой ни изменялся падающий на него поток света, вызванный им электрический ток в точности следует за всеми самыми тонкими изменениями силы света. Новый фотоэлемент оказался практически совершенно свободным от инерции, с которой так не повезло селену.Это и открыло наконец дорогу для дальнейшего развития телевидения. Вместо селеновых фотоэлементов в передатчике теперь можно было установить новые фотоэлементы с внешним фотоэффектом. При их помощи можно было легко передавать сигналы не только с частотой 15 тысяч импульсов в секунду, но в сотни и даже тысячи раз более быстрые.Но... и этого снова сказалось недостаточно. Газосветных лампочек, которые могли бы достаточно ярко светиться от слабых сигналов, создаваемых фотоэлементом передатчика, в то время не существовало, а средств усилить ничтожно малые сигналы, получаемые от передатчиков, ученые не имели.Поэтому, хотя диск Нипкова и создавал принципиальную возможность передачи изображений на расстояние, он в течение более чем 40 лет практического применения найти не мог.Вся дальнейшая судьба телевидения теперь зависела только от одного — удастся ли найти способ усиливать получаемые от передатчика слабые сигналы так, чтобы газосветная лампочка приемника светилась достаточно ярко.Толчком к решению этой и множества других проблем, препятствовавших дальнейшему развитию телевидения, послужило создание радио великим русским ученым Александром Степановичем Поповым.
Как известно, электрический ток хорошо проходит только через проводники. Поскольку в опыте Столетова между сеткой и пластинкой имелся значительный воздушный промежуток, ток через него проходить не мог, и стрелка гальванометра стояла на нуле.Когда же цинковая пластинка освещалась сквозь сетку сильным светом от электрической дуги, стрелка прибора неожиданно отклонялась в сторону, показывая, что в собранной цепи, несмотря на наличие в ней разрыва, проходит небольшой электрический ток.Как только свет выключался, электрический ток немедленно исчезал и стрелка прибора возвращалась обратно к нулю.Свет порождал электричество!Чем сильнее был свет, падающий на цинковую пластинку, тем больше отклонялась стрелка прибора, тем, следовательно, больший ток создавался этим совершенно новым и необычным путем.