من درس التأثير الكهروضوئي. موسوعة كبيرة عن النفط والغاز

مقدمة

1. تاريخ اكتشاف التأثير الكهروضوئي

2. قوانين ستوليتوف

3. معادلة أينشتاين

4. التأثير الكهروضوئي الداخلي

5. تطبيق ظاهرة التأثير الكهروضوئي

فهرس

مقدمة

تم شرح العديد من الظواهر الضوئية باستمرار على أساس الأفكار حول طبيعة موجة الضوء. ومع ذلك ، في نهاية القرن التاسع عشر - بداية القرن العشرين. تم اكتشاف ودراسة ظواهر مثل التأثير الكهروضوئي ، والأشعة السينية ، وتأثير كومبتون ، وإشعاع الذرات والجزيئات ، والإشعاع الحراري ، وغيرها ، والتي تبين استحالة تفسيرها من وجهة نظر الموجة. تم الحصول على شرح للحقائق التجريبية الجديدة على أساس الأفكار الجسدية حول طبيعة الضوء. نشأ موقف متناقض مرتبط باستخدام نماذج فيزيائية معاكسة تمامًا لموجة وجسيم لشرح الظواهر البصرية. في بعض الظواهر ، أظهر الضوء خصائص موجية ، وفي ظواهر أخرى - جسدية.

من بين الظواهر المختلفة التي يتجلى فيها تأثير الضوء على المادة ، يحتل مكان مهم التأثير الكهروضوئي، أي انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة تحت تأثير الضوء. أدى تحليل هذه الظاهرة إلى فكرة الكوانتا الخفيفة ولعبت دورًا مهمًا للغاية في تطوير المفاهيم النظرية الحديثة. في الوقت نفسه ، يتم استخدام التأثير الكهروضوئي في الخلايا الضوئية ، والتي تلقت تطبيقًا واسعًا بشكل استثنائي في أكثر مجالات العلوم والتكنولوجيا تنوعًا وتعد بآفاق أكثر ثراءً.

1. تاريخ اكتشاف التأثير الكهروضوئي

يجب أن يُعزى اكتشاف التأثير الكهروضوئي إلى عام 1887 ، عندما اكتشف هيرتز أن إضاءة الأقطاب الكهربائية بفجوة شرارة تحت الجهد مع الضوء فوق البنفسجي تسهل الشرارة بينهما.

يمكن ملاحظة الظاهرة التي اكتشفها هيرتز في التجربة التالية الممكنة بسهولة (الشكل 1).

يتم تحديد قيمة فجوة الشرارة F بطريقة تقفز فيها الشرارة بصعوبة في دائرة تتكون من محول T ومكثف C (مرة أو مرتين في الدقيقة). إذا كانت الأقطاب الكهربائية F ، المصنوعة من الزنك النقي ، مضاءة بضوء مصباح الزئبق الزئبقي ، فسيكون تفريغ المكثف أسهل إلى حد كبير: تبدأ الشرارة في القفز. 1. مخطط تجربة هيرتز.

تم شرح التأثير الكهروضوئي في عام 1905 من قبل ألبرت أينشتاين (الذي حصل عليه جائزة نوبل) استنادًا إلى فرضية ماكس بلانك حول الطبيعة الكمومية للضوء. احتوى عمل أينشتاين على فرضية جديدة مهمة - إذا اقترح بلانك أن الضوء ينبعث فقط في أجزاء كمية ، فإن أينشتاين يعتقد بالفعل أن الضوء موجود فقط في شكل أجزاء كمومية. من مفهوم الضوء كجسيمات (فوتونات) ، تتبع صيغة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي على الفور:

، هي الطاقة الحركية للإلكترون المنبعث ، وهي وظيفة العمل للمادة المعينة ، وتردد الضوء الساقط ، وثابت بلانك ، الذي اتضح أنه هو نفسه تمامًا كما في صيغة بلانك لإشعاع الجسم الأسود.

من هذه الصيغة يتبع وجود الحد الأحمر للتأثير الكهروضوئي. وهكذا ، كانت دراسات التأثير الكهروضوئي من بين أولى دراسات ميكانيكا الكم.

2. قوانين ستوليتوف

لأول مرة (1888-1890) تحليلًا تفصيليًا لظاهرة التأثير الكهروضوئي ، قام الفيزيائي الروسي أ. حصل Stoletov على نتائج مهمة بشكل أساسي. على عكس الباحثين السابقين ، أخذ فرق جهد بسيط بين الأقطاب الكهربائية. يظهر مخطط تجربة ستوليتوف في الشكل. 2.

قطبان كهربائيان (أحدهما على شكل شبكة ، والآخر مسطح) ، موجودان في فراغ ، متصلان بالبطارية. يستخدم مقياس التيار الكهربائي المتضمن في الدائرة لقياس القوة الحالية الناتجة. بعد تشعيع الكاثود بضوء بأطوال موجية مختلفة ، توصل ستوليتوف إلى استنتاج مفاده أن أكثر عمل فعالتوفر الأشعة فوق البنفسجية. بالإضافة إلى ذلك ، وجد أن قوة التيار المتولد عن عمل الضوء تتناسب طرديًا مع شدته.

في عام 1898 ، استخدم لينارد وتومسون طريقة انحراف الشحنة في الكهرباء و المجالات المغناطيسيةحدد الشحنة المحددة للجسيمات المشحونة المقذوفة 2. مخطط تجربة ستوليتوف.

ضوء من الكاثود ، واستقبل التعبير

وحدة SGSE s / g ، بالتزامن مع الشحنة المحددة المعروفة للإلكترون. من هذا يتبع أنه تحت تأثير الضوء ، يتم إخراج الإلكترونات من مادة الكاثود.

من خلال تلخيص النتائج التي تم الحصول عليها ، ما يلي أنماطالتأثير الكهروضوئي:

1. مع التركيب الطيفي الثابت للضوء ، فإن قوة تشبع التيار الضوئي تتناسب طرديًا مع تدفق الضوء الواقع على الكاثود.

2. تزداد الطاقة الحركية الأولية للإلكترونات المنبعثة من الضوء خطيًا مع تواتر الضوء ولا تعتمد على شدتها.

3. لا يحدث التأثير الكهروضوئي إذا كان تردد الضوء أقل من قيمة معينة مميزة لكل معدن

تسمى الحدود الحمراء.

يمكن تفسير النمط الأول للتأثير الكهروضوئي ، وكذلك حدوث التأثير الكهروضوئي نفسه ، بسهولة بناءً على قوانين الفيزياء الكلاسيكية. في الواقع ، فإن مجال الضوء ، الذي يعمل على الإلكترونات داخل المعدن ، يثير اهتزازاتها. يمكن أن تصل سعة التذبذبات القسرية إلى هذه القيمة التي تترك فيها الإلكترونات المعدن ؛ ثم لوحظ التأثير الكهروضوئي.

معتبرا ذلك حسب النظرية الكلاسيكيةتتناسب شدة الضوء طرديًا مع مربع المتجه الكهربائي ، ويزداد عدد الإلكترونات المقذوفة مع زيادة شدة الضوء.

لم يتم تفسير القانونين الثاني والثالث للتأثير الكهروضوئي بقوانين الفيزياء الكلاسيكية.

دراسة اعتماد التيار الضوئي (الشكل 3) ، والذي يحدث عندما يتم تشعيع المعدن بتيار من الضوء أحادي اللون ، على فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية (يُطلق على هذا الاعتماد عادةً فولت - خاصية الأمبيرالكهروضوئي) ، وجد أن: 1) لا يحدث التيار الضوئي فقط عندما

، ولكن أيضًا من أجل ؛ 2) يختلف التيار الضوئي من صفر إلى قيمة سالبة لفرق الجهد المحدد بدقة لمعدن معين ، ما يسمى بإمكانية التثبيط ؛ 3) لا يعتمد حجم إمكانية الحجب (التأخير) على شدة الضوء الساقط ؛ 4) يزيد التيار الضوئي مع تناقص القيمة المطلقة لإمكانية التثبيط ؛ 5) تزداد قيمة التيار الضوئي مع النمو ومن قيمة معينة يصبح التيار الضوئي (ما يسمى بتيار التشبع) ثابتًا ؛ 6) تزداد قيمة تيار التشبع مع زيادة شدة الضوء الساقط ؛ 7) قيمة التأخير 3. الميزة

يعتمد الجهد على تواتر الضوء الساقط ؛ فوتوكورينت.

8) سرعة الإلكترونات المقذوفة تحت تأثير الضوء لا تعتمد على شدة الضوء بل تعتمد فقط على تردده.

3. معادلة أينشتاين

يتم شرح ظاهرة التأثير الكهروضوئي وجميع قوانينه بشكل جيد باستخدام النظرية الكمومية للضوء ، والتي تؤكد الطبيعة الكمومية للضوء.

كما لوحظ بالفعل ، طرح أينشتاين (1905) ، الذي طور نظرية بلانك الكمومية ، فكرة أن ليس فقط الإشعاع والامتصاص ، ولكن أيضًا انتشار الضوء يحدث في أجزاء (كوانتا) ، طاقتها وزخمها.

1. تاريخ اكتشاف التأثير الكهروضوئي

2. قوانين ستوليتوف

3. معادلة أينشتاين

4. التأثير الكهروضوئي الداخلي

5. تطبيق ظاهرة التأثير الكهروضوئي

مقدمة

تاريخ اكتشاف التأثير الكهروضوئي

يمكن ملاحظة الظاهرة التي اكتشفها هيرتز في التجربة التالية الممكنة بسهولة (الشكل 1).

تم شرح التأثير الكهروضوئي في عام 1905 من قبل ألبرت أينشتاين (الذي حصل على جائزة نوبل في عام 1921) بناءً على فرضية ماكس بلانك حول الطبيعة الكمومية للضوء. احتوى عمل أينشتاين على فرضية جديدة مهمة - إذا اقترح بلانك أن الضوء ينبعث فقط في أجزاء كمية ، فإن أينشتاين يعتقد بالفعل أن الضوء موجود فقط في شكل أجزاء كمومية. من مفهوم الضوء كجسيمات (فوتونات) ، تتبع صيغة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي على الفور:

أين هي الطاقة الحركية للإلكترون المقذوف ، وظيفة العمل للمادة المعينة ، تردد الضوء الساقط ، ثابت بلانك ، الذي اتضح أنه هو نفسه تمامًا كما في صيغة بلانك لإشعاع الجسم الأسود.

قوانين ستوليتوف

قطبان كهربائيان (أحدهما على شكل شبكة ، والآخر مسطح) ، موجودان في فراغ ، متصلان بالبطارية. يستخدم مقياس التيار الكهربائي المتضمن في الدائرة لقياس القوة الحالية الناتجة. بإشعاع الكاثود بضوء بأطوال موجية مختلفة ، توصل ستوليتوف إلى استنتاج مفاده أن الأشعة فوق البنفسجية لها التأثير الأكثر فاعلية. بالإضافة إلى ذلك ، وجد أن قوة التيار المتولد عن عمل الضوء تتناسب طرديًا مع شدته.

في عام 1898 ، حدد لينارد وتومسون الشحنة المحددة للجسيمات المشحونة المقذوفة بطريقة انحراف الشحنة في المجالات الكهربائية والمغناطيسية. 2. مخطط تجربة ستوليتوف.

ضوء من الكاثود ، واستقبل التعبير

من خلال تلخيص النتائج التي تم الحصول عليها ، ما يلي أنماطالتأثير الكهروضوئي:

1. مع التركيب الطيفي الثابت للضوء ، فإن قوة تشبع التيار الضوئي تتناسب طرديًا مع تدفق الضوء الواقع على الكاثود.

2. تزداد الطاقة الحركية الأولية للإلكترونات المنبعثة من الضوء خطيًا مع تواتر الضوء ولا تعتمد على شدتها.

3. لا يحدث التأثير الكهروضوئي إذا كان تواتر الضوء أقل من قيمة معينة مميزة لكل معدن ، تسمى الحد الأحمر.

في ضوء حقيقة أنه وفقًا للنظرية الكلاسيكية ، فإن شدة الضوء تتناسب طرديًا مع مربع المتجه الكهربائي ، يزداد عدد الإلكترونات المقذوفة مع زيادة شدة الضوء.

لم يتم تفسير القانونين الثاني والثالث للتأثير الكهروضوئي بقوانين الفيزياء الكلاسيكية.

دراسة اعتماد التيار الضوئي (الشكل 3) ، والذي يحدث عندما يتم تشعيع المعدن بتيار من الضوء أحادي اللون ، على فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية (يُطلق على هذا الاعتماد عادةً خاصية الفولت أمبير للتيار الضوئي) ، وجد أن: 1) التيار الضوئي لا يحدث فقط في ، ولكن أيضًا في ؛ 2) يختلف التيار الضوئي من صفر إلى قيمة سالبة لفرق الجهد المحدد بدقة لمعدن معين ، ما يسمى بإمكانية التثبيط ؛ 3) لا يعتمد حجم إمكانية الحجب (التأخير) على شدة الضوء الساقط ؛ 4) يزيد التيار الضوئي مع تناقص القيمة المطلقة لإمكانية التثبيط ؛ 5) تزداد قيمة التيار الضوئي مع النمو ومن قيمة معينة يصبح التيار الضوئي (ما يسمى بتيار التشبع) ثابتًا ؛ 6) تزداد قيمة تيار التشبع مع زيادة شدة الضوء الساقط ؛ 7) قيمة التأخير 3. الميزة

يعتمد الجهد على تواتر الضوء الساقط ؛ فوتوكورينت.

8) سرعة الإلكترونات المقذوفة تحت تأثير الضوء لا تعتمد على شدة الضوء بل تعتمد فقط على تردده.

معادلة أينشتاين

كما لوحظ بالفعل ، طرح أينشتاين (1905) ، الذي طور نظرية بلانك الكمية ، فكرة أن ليس فقط الإشعاع والامتصاص ، ولكن أيضًا انتشار الضوء يحدث في أجزاء (كوانتا) ، طاقتها وزخمها هي:

أين هو متجه الوحدة الموجه على طول متجه الموجة. بتطبيق قانون حفظ الطاقة على ظاهرة التأثير الكهروضوئي في المعادن ، اقترح أينشتاين الصيغة التالية:

, (1)

أين هي وظيفة عمل إلكترون من معدن ، هي سرعة الإلكترون الضوئي. وفقًا لأينشتاين ، يتم امتصاص كل كم بواسطة إلكترون واحد فقط ، ويتم إنفاق جزء من طاقة الفوتون الساقط على أداء وظيفة عمل الإلكترون المعدني ، بينما ينقل الجزء المتبقي طاقة حركية للإلكترون.

على النحو التالي من (1) ، يمكن أن يحدث التأثير الكهروضوئي في المعادن فقط ، وإلا فإن طاقة الفوتون لن تكون كافية لإخراج الإلكترون من المعدن. من الواضح أن أقل تردد للضوء ، الذي يحدث تحت تأثيره يحدث التأثير الكهروضوئي ، من الحالة

تردد الضوء المحدد بالشرط (2) يسمى "الحد الأحمر" للتأثير الكهروضوئي. كلمة "أحمر" ليس لها علاقة بلون الضوء الذي يحدث فيه التأثير الكهروضوئي. اعتمادًا على نوع المعدن ، يمكن أن تتوافق "الحدود الحمراء" للتأثير الكهروضوئي مع الضوء الأحمر والأصفر والبنفسجي والأشعة فوق البنفسجية ، إلخ.

بمساعدة صيغة أينشتاين ، يمكن أيضًا شرح الانتظامات الأخرى للتأثير الكهروضوئي.

لنفترض ، على سبيل المثال ، أن هناك احتمالية تأخير بين القطب الموجب والكاثود. إذا كانت الطاقة الحركية للإلكترونات كافية ، فإنهم ، بعد التغلب على مجال التباطؤ ، يخلقون تيارًا ضوئيًا. يتضمن التيار الضوئي تلك الإلكترونات التي تستوفي الشرط . يتم تحديد قيمة إمكانية التثبيط من الحالة

, (3)

أين هي السرعة القصوى للإلكترونات المقذوفة. أرز. 4.

استبدال (3) في (1) نحصل عليها

وبالتالي ، فإن حجم احتمال التثبيط لا يعتمد على الشدة ، ولكنه يعتمد فقط على تواتر الضوء الساقط.

يمكن تحديد وظيفة عمل الإلكترونات من المعدن وثابت بلانك عن طريق رسم الاعتماد على تردد الضوء الساقط (الشكل 4). كما ترى ، يعطي المقطع المقطوع من المحور المحتمل.

في ضوء حقيقة أن شدة الضوء تتناسب طرديًا مع عدد الفوتونات ، تؤدي الزيادة في شدة الضوء الساقط إلى زيادة عدد الإلكترونات المقذوفة ، أي إلى زيادة التيار الضوئي.

صيغة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي في اللافلزات لها الشكل

يفسر الوجود - عمل فصل إلكترون مرتبط من ذرة داخل غير فلزات - بحقيقة أنه ، على عكس المعادن ، حيث توجد إلكترونات حرة ، في اللافلزات ، تكون الإلكترونات في حالة مرتبطة بالذرات. من الواضح ، عندما يسقط الضوء على المواد غير المعدنية ، يتم إنفاق جزء من الطاقة الضوئية على التأثير الكهروضوئي في الذرة - على فصل الإلكترون عن الذرة ، والباقي ينفق على وظيفة عمل الإلكترون ونقل الحركية الطاقة للإلكترون.

لا تترك إلكترونات التوصيل المعدن بشكل تلقائي بكمية ملحوظة. ويفسر ذلك حقيقة أن المعدن يمثل بئرًا محتملة بالنسبة لهم. من الممكن ترك المعدن فقط للإلكترونات التي تكفي طاقتها للتغلب على الحاجز المحتمل الموجود على السطح. القوى التي تسبب هذا الحاجز لها الأصل التالي. إزالة عشوائية للإلكترون من الطبقة الخارجية الأيونات الموجبةتؤدي الشبكة إلى ظهور شحنة موجبة زائدة في المكان الذي تركه الإلكترون. يؤدي تفاعل كولوم مع هذه الشحنة إلى عودة الإلكترون الذي لا تكون سرعته عالية جدًا. وهكذا ، تترك الإلكترونات الفردية السطح المعدني طوال الوقت ، وتبتعد عنه بعدة مسافات بين الذرية ، ثم تعود إلى الوراء. ونتيجة لذلك ، فإن المعدن مُحاط بسحابة رقيقة من الإلكترونات. تشكل هذه السحابة مع الطبقة الخارجية للأيونات طبقة كهربائية مزدوجة (الشكل 5 ؛ الدوائر - الأيونات ، النقاط السوداء - الإلكترونات). يتم توجيه القوى المؤثرة على الإلكترون في هذه الطبقة داخل المعدن. الشغل المبذول ضد هذه القوى أثناء نقل الإلكترون من المعدن إلى الخارج يعمل على زيادة الطاقة الكامنة للإلكترون (الشكل 5).

وبالتالي ، فإن الطاقة الكامنة لإلكترونات التكافؤ داخل المعدن أقل من خارج المعدن بقيمة مساوية لعمق البئر المحتمل (الشكل 6). يحدث التغيير في الطاقة على مدى عدة مسافات بين الذرية ؛ لذلك ، يمكن اعتبار جدران البئر عمودية.

الطاقة الكامنة لإلكترون الشكل. 6.

وإمكانات النقطة التي يوجد فيها الإلكترون علامات معاكسة. ويترتب على ذلك أن الإمكانات داخل المعدن أكبر من الإمكانات في المنطقة المجاورة مباشرة لسطحه.

يؤدي إعطاء شحنة موجبة زائدة إلى المعدن إلى زيادة الإمكانات على سطح المعدن وداخله. تتناقص الطاقة الكامنة للإلكترون وفقًا لذلك (الشكل 7 ، أ).

يتم أخذ قيم الطاقة الكامنة والطاقة الكامنة عند اللانهاية كنقطة مرجعية. يؤدي إدخال شحنة سالبة إلى تقليل الإمكانات داخل المعدن وخارجه. وفقًا لذلك ، تزداد الطاقة الكامنة للإلكترون (الشكل 7 ، ب).

الطاقة الكلية للإلكترون في المعدن هي مجموع الطاقة الكامنة والحركية. عند الصفر المطلق ، تتراوح قيم الطاقة الحركية لإلكترونات التوصيل من صفر إلى الطاقة التي تتوافق مع مستوى فيرمي. على التين. في الشكل 8 ، يتم تسجيل مستويات الطاقة في نطاق التوصيل في البئر المحتمل (تظهر الخطوط المنقطة مستويات غير مشغولة عند 0K). للخروج من المعدن ، تحتاج الإلكترونات المختلفة إلى طاقات مختلفة. وهكذا ، يقع الإلكترون على ذاته المستويات الدنيانطاقات التوصيل ، من الضروري الإبلاغ عن الطاقة ؛ للحصول على إلكترون على مستوى فيرمي ، فإن الطاقة كافية .

أقل طاقة، والتي يجب توصيلها إلى إلكترون لإزالتها من جسم صلب أو سائل إلى فراغ ، يسمى الخروج من العمل.يتم تحديد وظيفة عمل الإلكترون من المعدن بالتعبير

لقد حصلنا على هذا التعبير بافتراض أن درجة حرارة المعدن تساوي 0 كلفن. في درجات حرارة أخرى ، تُعرَّف وظيفة العمل أيضًا على أنها الفرق بين عمق البئر المحتمل ومستوى فيرمي ، أي أن التعريف (4) يمتد إلى أي درجة حرارة. نفس التعريف ينطبق على أشباه الموصلات.

يعتمد مستوى فيرمي على درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للتغير في متوسط المسافات بين الذرات بسبب التمدد الحراري ، فإن عمق البئر المحتمل يتغير قليلاً. ينتج عن هذا أن وظيفة العمل تعتمد بدرجة طفيفة على درجة الحرارة.

وظيفة العمل حساسة للغاية لحالة سطح المعدن ، ولا سيما لنقاوته. بعد اختيار التين بشكل صحيح. 8.

طلاء السطح ، يمكن تقليل وظيفة العمل بشكل كبير. لذلك ، على سبيل المثال ، يؤدي تطبيق طبقة من أكسيد فلز الأرض القلوي (Ca ، Sr ، Ba) على سطح التنجستن إلى تقليل وظيفة العمل من 4.5 eV (لـ W الصافي) إلى 1.5 - 2 eV.

التأثير الكهروضوئي الداخلي

أعلاه ، تحدثنا عن إطلاق الإلكترونات من السطح المضيء للمادة وانتقالها إلى وسط آخر ، على وجه الخصوص ، إلى الفراغ. يسمى هذا الانبعاث للإلكترونات الانبعاث الكهروضوئي، ولكن الظاهرة نفسها التأثير الكهروضوئي الخارجي.إلى جانب أنه معروف أيضًا ويستخدم على نطاق واسع للأغراض العملية ، ما يسمى ب التأثير الكهروضوئي الداخلي، حيث ، على عكس الخارجي ، تبقى الإلكترونات المثارة بصريًا داخل الجسم المضيء دون انتهاك حياد الأخير. في هذه الحالة ، يتغير تركيز ناقلات الشحنة أو حركتها في المادة ، مما يؤدي إلى تغيير في الخواص الكهربائية للمادة تحت تأثير الضوء الساقط عليها. التأثير الكهروضوئي الداخلي متأصل فقط في أشباه الموصلات والعوازل الكهربائية. يمكن اكتشافه ، على وجه الخصوص ، من خلال التغيير في موصلية أشباه الموصلات المتجانسة عندما تكون مضاءة. بناءً على هذه الظاهرة ، الناقلية الضوئيةتم إنشاء مجموعة كبيرة من أجهزة استقبال الضوء ويتم تحسينها باستمرار - مقاومات الضوء. يستخدمون بشكل رئيسي السلينيد وكبريتيد الكادميوم.

في أشباه الموصلات غير المتجانسة ، إلى جانب التغيير في الموصلية ، لوحظ أيضًا تكوين فرق جهد (صورة - emf). ترجع هذه الظاهرة (التأثير الكهروضوئي) إلى حقيقة أنه بسبب تجانس موصلية أشباه الموصلات ، يوجد فصل مكاني داخل حجم الموصل للإلكترونات المثارة بصريًا والتي تحمل شحنة سالبة والميكروزونات (الثقوب) التي تنشأ في الجوار المباشر للذرات التي تمزق منها الإلكترونات ، ومثل جسيمات حاملات الشحنة الأولية الموجبة. تتركز الإلكترونات والثقوب في نهايات مختلفة من أشباه الموصلات ، ونتيجة لذلك تنشأ قوة دافعة كهربائية ، والتي بسببها تتولد دون تطبيق emf خارجي. كهرباءفي حمل متصل بالتوازي مع أشباه الموصلات المضيئة. بهذه الطريقة ، يتم تحقيق التحويل المباشر للطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. ولهذا السبب ، تُستخدم مستقبلات الضوء الكهروضوئية ليس فقط لتسجيل الإشارات الضوئية ، ولكن أيضًا في الدوائر الكهربائية كمصادر للطاقة الكهربائية.

تعمل الأنواع الصناعية الرئيسية لهذه المستقبلات على أساس السيلينيوم وكبريتيد الفضة. السيليكون والجرمانيوم وعدد من المركبات - GaAs و InSb و CdTe وغيرها شائعة أيضًا. أصبحت الخلايا الكهروضوئية المستخدمة لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية مستخدمة على نطاق واسع بشكل خاص في أبحاث الفضاء كمصادر طاقة على متن الطائرة. لديهم معدل مرتفع نسبيا عمل مفيد(ما يصل إلى 20 ٪) مريحة للغاية في ظروف الرحلة المستقلة لمركبة فضائية. في الخلايا الشمسية الحديثة ، اعتمادًا على مادة أشباه الموصلات ، الصورة - emf. يصل إلى 1-2 فولت ، إزالة التيار من - عدة عشرات من المللي أمبير ، ولكل 1 كجم من الكتلة ، تصل طاقة الخرج إلى مئات الواط.

PHOTOEFECT ، مجموعة من الظواهر المرتبطة بإطلاق إلكترونات الجسم الصلبة من الروابط داخل الذرة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. هناك: 1) التأثير الكهروضوئي الخارجي ، أو الانبعاث الكهروضوئي ، وانبعاث الإلكترونات من السطح ... ... الموسوعة الحديثة

ظاهرة مرتبطة بانطلاق الإلكترونات من مادة صلبة (أو سائلة) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. هناك: ..1) التأثير الكهروضوئي الخارجي - انبعاث الإلكترونات تحت تأثير الضوء (الانبعاث الكهروضوئي) ،؟ الإشعاع ، وما إلى ذلك ؛ .. 2) ... ... قاموس موسوعي كبير

انبعاث جديد في vom تحت تأثير el. ماغن. إشعاع. تم اكتشاف F. في عام 1887 بواسطته. الفيزيائي جي هيرتز. الصناديق الأولى. تم تنفيذ أبحاث F. عالم الفيزياء ف.لينارد (1899). النظرية الأولى شرح القانون ... موسوعة فيزيائية

موجود ، عدد المرادفات: 2 صورة تأثير (1) تأثير (29) قاموس مرادف ASIS. في. تريشين. 2013 ... قاموس مرادف

التأثير الكهروضوئي- - [V.A. Semenov. قاموس إنجليزي روسي لحماية الترحيل] مواضيع حماية التتابع EN تأثير الصورة ... دليل المترجم الفني

تأثير الصورة- (1) حدوث قوة دافعة كهربائية للصمام (photoEMF) بين اثنين من أشباه الموصلات غير المتشابهة أو بين أشباه موصلات ومعدن تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي ؛ (2) الانبعاث الخارجي (الانبعاث الكهروضوئي) للإلكترونات من ... موسوعة البوليتكنيك الكبرى

لكن؛ م فيز. تغيير خصائص مادة تحت تأثير الطاقة الضوئية ؛ التأثير الكهروضوئي. * * * التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة مرتبطة بانطلاق الإلكترونات من مادة صلبة (أو سائلة) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. يميز: ... ... قاموس موسوعي

انبعاث الإلكترونات من مادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي (الفوتونات). تم اكتشاف F. في عام 1887 من قبل G. Hertz. أولا البحوث الأساسية F ، صنعه A.G. Stoletov (1888). وجد أنه في حدوث تيار ضوئي في ... ... كبير الموسوعة السوفيتية

- (انظر الصورة ... + التأثير) الجسدي. تغيير في الخواص الكهربائية لمادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة أخرى) ، على سبيل المثال ، انبعاث الإلكترونات إلى الخارج تحت تأثير الضوء (الخارجية f) ، التغيير ... ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

كتب

، ملاحظة. تارتاكوفسكي. أُعيد إصداره في تهجئة المؤلف الأصلي لطبعة عام 1940 (دار النشر `GITT`). في…
التأثير الكهروضوئي الداخلي في العوازل ، ملاحظة: تارتاكوفسكي. سيتم إنتاج هذا الكتاب وفقًا لطلبك باستخدام تقنية الطباعة عند الطلب. أُعيد إصداره في تهجئة المؤلف الأصلي لطبعة عام 1940 (دار نشر GITTL ...

صفحة 1

تكمن ظاهرة التأثير الكهروضوئي ، التي اكتشفها هيرتز عام 1887 ودرسها بالتفصيل أ.ج.ستوليتوف ، في حقيقة أن المعادن (أو أشباه الموصلات) تصدر إلكترونات عند تعرضها للضوء. اشرح التأثير الكهروضوئي من حيث نظرية الموجةالضوء مستحيل. ومع ذلك ، يتم ملاحظة انبعاث الإلكترون مباشرة بعد إضاءة المعدن. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لنظرية الموجة ، يجب أن تكون طاقة الإلكترونات المنبعثة من المعدن E3 متناسبة مع شدة الضوء الساقط. ومع ذلك ، فقد وجد أن Ee لا تعتمد على شدة الضوء ، ولكنها تعتمد على تواترها ، مع زيادة v ؛ تؤدي الزيادة في الشدة فقط إلى زيادة عدد الإلكترونات المنبعثة من المعدن.

التأثير الكهروضوئي هو طرد الإلكترونات من مادة بواسطة الضوء الساقط عليها. الملامح الرئيسية لهذه الظاهرة هي كما يلي. يطلق شعاع الضوء الساقط على سطح معدني إلكترونات من المعدن ، بشرط أن يكون تردد الضوء أعلى من قيمة حرجة معينة ، اعتمادًا على نوع المعدن. يتناسب عدد الإلكترونات المسحوبة لكل وحدة زمنية مع التركيب الطيفي الثابت للإشعاع مع تدفق الضوء الواقع على سطح المعدن.

الخصائص الثابتة للديود الضوئي الجرمانيوم.

يمكن أيضًا استخدام ظاهرة التأثير الكهروضوئي في تقاطع pn ، حيث يتم تطبيق جهد عكسي.

يتم الكشف عن ظاهرة التأثير الكهروضوئي عند إضاءة صفيحة الزنك المتصلة بقضيب مقياس كهربائي.

تكمن ظاهرة التأثير الكهروضوئي ، التي اكتشفها أ. من المستحيل شرح التأثير الكهروضوئي بناءً على نظرية موجات الضوء. ومع ذلك ، يتم ملاحظة انبعاث الإلكترون مباشرة بعد إضاءة المعدن. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لنظرية الموجة ، يجب أن تكون طاقة Ea للإلكترونات المنبعثة من المعدن متناسبة مع شدة الضوء الساقط. ومع ذلك ، فقد وجد أن Ee لا تعتمد على شدة الضوء ، ولكنها تعتمد على تواترها ، مع زيادة v ؛ تؤدي الزيادة في الشدة فقط إلى زيادة عدد الإلكترونات المنبعثة من المعدن.

ظاهرة التأثير الكهروضوئي ، التي اكتشفها A.G. Stoletov في عام 1888 ، هي أنه تحت تأثير الضوء من السطح مختلف الهيئاتيتم طرد الإلكترونات ، ونتيجة لذلك يكتسب هذا الجسم شحنة. علاوة على ذلك ، لا تُلاحظ هذه الظاهرة إلا بشرط أن تكون طاقة كم الضوء أكبر من الشغل المطلوب لفصل إلكترون عن سطح مادة معينة ونقل بعض الطاقة الحركية إليه.

تتمثل ظاهرة التأثير الكهروضوئي في حقيقة أن أشعة الضوء تسقط على أي جسم (بغض النظر عن طبيعته الكيميائية و حالة فيزيائية) ، ضرب الإلكترونات منه.

تم اكتشاف التأثير الكهروضوئي لأول مرة في عام 1819 بواسطة الكيميائي الروسي جروتجوس.

لاحظت هيرتز ظاهرة التأثير الكهروضوئي لأول مرة في عام 1887. اكتشف هيرتز أن إشعاع فجوة الشرارة الأشعة فوق البنفسجيةيخفف من التفريغ.

يتمثل جوهر ظاهرة التأثير الكهروضوئي في أنه عندما يضيء سطح المعادن أو أشباه الموصلات ، فإن جزيئات الطاقة المشعة تخترق الطبقات السطحية للجسم المضيء وتنقل طاقة إضافية إلى إلكتروناته. نتيجة لذلك ، تبدأ إلكترونات الجسم المضيء في التحرك بسرعات عالية وترك مداراتها المعتادة للحركة. تسمى ظاهرة تسريع حركة الإلكترونات لجسم مضيء تحت تأثير الطاقة المشعة ظاهرة التأثير الكهروضوئي.

في ظاهرة التأثير الكهروضوئي ، تتأخر الإلكترونات المقذوفة من سطح المعدن عن طريق الإشعاع بتردد 2-104 هرتز تمامًا بسبب مجال التثبيط بفارق جهد 7 فولت ، وبتردد 4-101 هرتز - مع فرق محتمل قدره 15 فولت.

تم تأكيد فرضية بلانك ، التي حلت ببراعة مشكلة الإشعاع الحراري من جسم أسود مزيد من التطويرفي شرح التأثير الكهروضوئي - وهي ظاهرة لعب اكتشافها ودراستها دورًا مهمًا في تطوير نظرية الكم. في عام 1887 ، اكتشف G. Hertz أنه عندما يضيء القطب السالب بالأشعة فوق البنفسجية ، يحدث التفريغ بين الأقطاب الكهربائية عند جهد منخفض. هذه الظاهرة ، كما أظهرت تجارب V.G.G.G. يعود سبب ستوليتوف (1888-1890) إلى إخراج الشحنات السالبة من القطب تحت تأثير الضوء. لم يتم اكتشاف الإلكترون بعد. فقط في عام 1898 ج. وجد طومسون وف. ليونارد ، بعد قياس الشحنة المحددة للجسيمات المنبعثة من الجسم ، أن هذه هي إلكترونات.

هناك تأثيرات كهروضوئية خارجية وداخلية وصمامية ومتعددة الفوتونات.

التأثير الكهروضوئي الخارجي يسمى انبعاث الإلكترونات عن طريق مادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. التأثير الكهروضوئي الخارجيشوهد في المواد الصلبة(المعادن ، أشباه الموصلات ، المواد العازلة) ، وكذلك الغازات الموجودة على الذرات الفردية والجزيئات (التأين الضوئي).

التأثير الكهروضوئي الداخلي - هذه هي انتقالات الإلكترونات داخل شبه موصل أو عازل ناتج عن الإشعاع الكهرومغناطيسي من الحالات المقيدة إلى الحالات الحرة دون الهروب إلى الخارج. نتيجة لذلك ، يزداد تركيز ناقلات التيار داخل الجسم ، مما يؤدي إلى ظهور الموصلية الضوئية (زيادة في الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات أو العازلة عند إضاءةها) أو ظهور قوة دافعة كهربائية (EMF).

تأثير الصمام الكهروضوئي هو نوع من التأثير الكهروضوئي الداخلي ، هو حدوث EMF (صورة EMF) عند إلقاء الضوء على اتصال اثنين من أشباه الموصلات المختلفة أو أشباه الموصلات والمعدن (في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي). يفتح التأثير الكهروضوئي للصمام الطريق للتحويل المباشر للطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

التأثير الكهروضوئي Multiphoton ممكن إذا كانت شدة الضوء عالية جدًا (على سبيل المثال ، عند استخدام أشعة الليزر). في هذه الحالة ، يمكن للإلكترون المنبعث من معدن أن يستقبل طاقة في نفس الوقت ليس من واحد ، ولكن من عدة فوتونات.

تم إجراء الدراسات الأساسية الأولى للتأثير الكهروضوئي من قبل العالم الروسي أ. ستوليتوف. مخطط الرسم البيانيلدراسة التأثير الكهروضوئي في الشكل. 2.1.


	أرز. 2.1	أرز. 2.2

قطبين كهربائيين (كاثود لمن المادة قيد الدراسة والأنود لكن، التي استخدم فيها Stoletov شبكة معدنية) في أنبوب مفرغ متصل بالبطارية بحيث يتم استخدام مقياس الجهد صلا يمكنك تغيير القيمة فحسب ، بل يمكنك أيضًا تغيير علامة الجهد المطبق عليها. يتم قياس التيار الذي يحدث عندما يضيء الكاثود بضوء أحادي اللون (من خلال زجاج كوارتز) بواسطة مليمتر متضمن في الدائرة.

في عام 1899 ، أثبت كل من J.J. Thompson و F. Lenard أنه أثناء التأثير الكهروضوئي ، يزيل الضوء الإلكترونات من المادة.

خاصية فولت أمبير (VAC) للتأثير الكهروضوئي - الاعتماد الضوئي أنا، يتكون من تدفق الإلكترون ، على الجهد ، ويظهر في الشكل. 2.2.

يتوافق هذا الاعتماد مع إضاءتين مختلفتين للطاقة للكاثود (تردد الضوء هو نفسه في كلتا الحالتين). كلما زادت يويزداد التيار الضوئي تدريجياً ، أي الكل أكثرتصل الإلكترونات الضوئية إلى الأنود. يوضح الطابع المسطح للمنحنيات أن الإلكترونات تنبعث من الكاثود بسرعات مختلفة.

القيمة القصوى تشبع ضوئييتم تحديد قيمة الجهد يو، حيث تصل جميع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى القطب الموجب:

أين نهو عدد الإلكترونات المنبعثة من الكاثود في ثانية واحدة.

يتبع من VAC ، في يو= 0 التيار الضوئي لا يختفي. وبالتالي ، فإن الإلكترونات التي خرجت من الكاثود لها سرعة ابتدائية معينة υ ، وبالتالي طاقة حركية غير صفرية ، بحيث يمكنها الوصول إلى الكاثود بدون مجال خارجي. لكي يصبح التيار الضوئي صفراً ، من الضروري تطبيقه تثبط الجهد . في أي من الإلكترونات ، حتى عند مغادرة الكاثود السرعة القصوى، لا يمكن التغلب على مجال التثبيط والوصول إلى القطب الموجب. بالتالي،