Който е изследвал фотоелектричния ефект. Голяма енциклопедия за нефт и газ

Въведение

1. Историята на откриването на фотоелектричния ефект

2. Закони на Столетов

3. Уравнението на Айнщайн

4. Вътрешен фотоелектричен ефект

5. Приложение на явлението фотоелектричен ефект

Библиография

Въведение

Многобройни оптични явления са били последователно обяснени въз основа на идеите за вълновата природа на светлината. Въпреки това в края на 19 - началото на 20 век. Открити и изследвани са явления като фотоелектричния ефект, рентгеновите лъчи, ефекта на Комптън, излъчването на атоми и молекули, топлинното излъчване и други, чието обяснение от гледна точка на вълната се оказва невъзможно. Обяснение на новите експериментални факти беше получено на базата на корпускулярни представи за природата на светлината. Възникна парадоксална ситуация, свързана с използването на напълно противоположни физически модели на вълна и частица за обяснение на оптични явления. При някои явления светлината проявява вълнови свойства, при други - корпускулярни.

Сред различните явления, в които се проявява въздействието на светлината върху материята, важно място заема фотоелектричен ефект, тоест излъчване на електрони от вещество под въздействието на светлина. Анализът на това явление доведе до идеята за светлинните кванти и изигра изключително важна роля в развитието на съвременните теоретични концепции. В същото време фотоелектричният ефект се използва във фотоклетки, които са получили изключително широко приложение в най-разнообразни области на науката и технологиите и обещават още по-богати перспективи.

1. Историята на откриването на фотоелектричния ефект

Откриването на фотоелектричния ефект трябва да се отдаде на 1887 г., когато Херц открива, че осветяването на електродите на искровата междина под напрежение с ултравиолетова светлина улеснява искрата между тях.

Откритият от Херц феномен може да се наблюдава в следния лесно осъществим експеримент (фиг. 1).

Стойността на искровата междина F се избира по такъв начин, че във верига, състояща се от трансформатор T и кондензатор C, искрата скача трудно (веднъж или два пъти в минута). Ако електродите F, изработени от чист цинк, се осветяват със светлината на Hg живачна лампа, тогава разреждането на кондензатора е значително улеснено: искрата започва да скача. 1. Схема на експеримента на Херц.

Фотоелектричният ефект е обяснен през 1905 г. от Алберт Айнщайн (за което той получава Нобелова награда) въз основа на хипотезата на Макс Планк за квантовата природа на светлината. Работата на Айнщайн съдържа важна нова хипотеза – ако Планк предполага, че светлината се излъчва само на квантувани части, то Айнщайн вече вярва, че светлината съществува само под формата на квантови части. От концепцията за светлината като частици (фотони) формулата на Айнщайн за фотоелектричния ефект веднага следва:

, е кинетичната енергия на излъчения електрон, е работата на работа за дадено вещество, е честотата на падащата светлина, е константата на Планк, която се оказва точно същата като във формулата на Планк за излъчване на черно тяло.

От тази формула следва съществуването на червената граница на фотоелектричния ефект. По този начин изследванията на фотоелектричния ефект са сред най-ранните квантовомеханични изследвания.

2. Закони на Столетов

За първи път (1888–1890), анализирайки подробно феномена на фотоелектричния ефект, руският физик А.Г. Столетов получи фундаментално важни резултати. За разлика от предишни изследователи, той взе малка потенциална разлика между електродите. Схемата на експеримента на Столетов е показана на фиг. 2.

Към батерията са прикрепени два електрода (единият под формата на решетка, другият плосък), разположени във вакуум. Амперметърът, включен във веригата, се използва за измерване на получената сила на тока. Облъчвайки катода със светлина с различни дължини на вълната, Столетов стига до извода, че най ефективно действиеосигуряват ултравиолетови лъчи. Освен това беше установено, че силата на тока, генериран от действието на светлината, е право пропорционална на неговия интензитет.

През 1898 г. Ленард и Томсън, използвайки метода на отклонение на заряда в електрически и магнитни полетаопределя специфичния заряд на изхвърлените заредени частици 2. Схема на експеримента на Столетов.

светлина от катода и получи израза

SGSE единица s/g, съвпадащ с известния специфичен заряд на електрона. От това следва, че под действието на светлината електроните се изхвърлят от материала на катода.

Обобщавайки получените резултати, следното моделифотоелектричен ефект:

1. При постоянен спектрален състав на светлината силата на фототока на насищане е право пропорционална на светлинния поток, падащ върху катода.

2. Началната кинетична енергия на изхвърлените от светлината електрони нараства линейно с честотата на светлината и не зависи от нейния интензитет.

3. Фотоелектричният ефект не възниква, ако честотата на светлината е по-малка от определена стойност, характерна за всеки метал

наречена червена граница.

Първият модел на фотоелектричния ефект, както и възникването на самия фотоефект, могат лесно да бъдат обяснени въз основа на законите на класическата физика. Наистина, светлинното поле, действащо върху електроните вътре в метала, възбужда техните трептения. Амплитудата на принудителните трептения може да достигне такава стойност, при която електроните напускат метала; тогава се наблюдава фотоелектричният ефект.

Като се има предвид, че според класическа теорияинтензитетът на светлината е право пропорционален на квадрата на електрическия вектор, броят на изхвърлените електрони се увеличава с увеличаване на интензитета на светлината.

Вторият и третият закон на фотоелектричния ефект не се обясняват със законите на класическата физика.

Изучаване на зависимостта на фототока (фиг. 3), която възниква при облъчване на метал с поток монохроматична светлина, от потенциалната разлика между електродите (тази зависимост обикновено се нарича волт - амперна характеристика photocurrent), установи, че: 1) фототок възниква не само когато

, но и за ; 2) фототокът е различен от нула до отрицателна стойност на потенциалната разлика, строго определена за даден метал, т. нар. забавящ потенциал; 3) големината на блокиращия (забавящия) потенциал не зависи от интензитета на падащата светлина; 4) фототока нараства с намаляване на абсолютната стойност на задържащия потенциал; 5) стойността на фототока нараства с нарастване и от определена стойност фототока (т.нар. ток на насищане) става постоянен; 6) стойността на тока на насищане нараства с увеличаване на интензитета на падащата светлина; 7) стойността на закъснението 3. Характеристика

потенциалът зависи от честотата на падащата светлина; фототок.

8) скоростта на електроните, изхвърлени под действието на светлината, не зависи от интензитета на светлината, а зависи само от нейната честота.

3. уравнението на Айнщайн

Феноменът на фотоелектричния ефект и всички негови закони са добре обяснени с помощта на квантовата теория на светлината, която потвърждава квантовата природа на светлината.

Както вече беше отбелязано, Айнщайн (1905), развивайки квантовата теория на Планк, изложи идеята, че не само излъчването и поглъщането, но и разпространението на светлината се извършва на части (кванти), чиято енергия и импулс.

1. Историята на откриването на фотоелектричния ефект

2. Закони на Столетов

3. Уравнението на Айнщайн

4. Вътрешен фотоелектричен ефект

5. Приложение на явлението фотоелектричен ефект

Въведение

Историята на откриването на фотоелектричния ефект

Откритият от Херц феномен може да се наблюдава в следния лесно осъществим експеримент (фиг. 1).

Фотоелектричният ефект е обяснен през 1905 г. от Алберт Айнщайн (за което получава Нобелова награда през 1921 г.) въз основа на хипотезата на Макс Планк за квантовата природа на светлината. Работата на Айнщайн съдържа важна нова хипотеза – ако Планк предполага, че светлината се излъчва само на квантувани части, то Айнщайн вече вярва, че светлината съществува само под формата на квантови части. От концепцията за светлината като частици (фотони) формулата на Айнщайн за фотоелектричния ефект веднага следва:

където е кинетичната енергия на излъчения електрон, е работната работа за даденото вещество, е честотата на падащата светлина, е константата на Планк, която се оказва точно същата като във формулата на Планк за излъчване на черно тяло.

Законите на Столетов

Към батерията са прикрепени два електрода (единият под формата на решетка, другият плосък), разположени във вакуум. Амперметърът, включен във веригата, се използва за измерване на получената сила на тока. Облъчвайки катода със светлина с различни дължини на вълната, Столетов стига до извода, че ултравиолетовите лъчи имат най-ефективен ефект. Освен това беше установено, че силата на тока, генериран от действието на светлината, е право пропорционална на неговия интензитет.

През 1898 г. Ленард и Томсън определят специфичния заряд на заредените частици, изхвърлени чрез метода на отклонение на заряда в електрически и магнитни полета. 2. Схема на експеримента на Столетов.

светлина от катода и получи израза

Обобщавайки получените резултати, следното моделифотоелектричен ефект:

3. Фотоелектричният ефект не възниква, ако честотата на светлината е по-малка от определена стойност, характерна за всеки метал, наречена червена граница.

С оглед на факта, че според класическата теория интензитетът на светлината е правопропорционален на квадрата на електрическия вектор, броят на изхвърлените електрони нараства с увеличаване на интензитета на светлината.

Вторият и третият закон на фотоелектричния ефект не се обясняват със законите на класическата физика.

Изучавайки зависимостта на фототока (фиг. 3), която възниква при облъчване на метал с поток монохроматична светлина, от потенциалната разлика между електродите (такава зависимост обикновено се нарича волт-амперна характеристика на фототока), беше установено, че: 1) фототокът възниква не само при , но и при ; 2) фототокът е различен от нула до отрицателна стойност на потенциалната разлика, строго определена за даден метал, т. нар. забавящ потенциал; 3) големината на блокиращия (забавящия) потенциал не зависи от интензитета на падащата светлина; 4) фототока нараства с намаляване на абсолютната стойност на задържащия потенциал; 5) стойността на фототока нараства с нарастване и от определена стойност фототока (т.нар. ток на насищане) става постоянен; 6) стойността на тока на насищане нараства с увеличаване на интензитета на падащата светлина; 7) стойността на закъснението 3. Характеристика

потенциалът зависи от честотата на падащата светлина; фототок.

уравнението на Айнщайн

Както вече беше отбелязано, Айнщайн (1905), развивайки квантовата теория на Планк, изложи идеята, че не само излъчването и абсорбцията, но и разпространението на светлината се извършва на части (кванти), чиято енергия и импулс са:

където е единичният вектор, насочен по дължината на вълновия вектор. Прилагайки закона за запазване на енергията към феномена на фотоелектричния ефект в металите, Айнщайн предлага следната формула:

, (1)

където е работата на електрон от метал, е скоростта на фотоелектрон. Според Айнщайн всеки квант се абсорбира само от един електрон и част от енергията на падащия фотон се изразходва за работата на металния електрон, докато останалата част придава кинетична енергия на електрона.

Както следва от (1), фотоелектричният ефект в металите може да възникне само при , в противен случай енергията на фотона ще бъде недостатъчна за изхвърляне на електрон от метала. Най-ниската честота на светлината, под въздействието на която възниква фотоелектричният ефект, очевидно се определя от условието

Честотата на светлината, определена от условие (2), се нарича "червена граница" на фотоелектричния ефект. Думата "червено" няма нищо общо с цвета на светлината, в който се получава фотоелектричният ефект. В зависимост от вида на метала, "червената граница" на фотоелектричния ефект може да съответства на червена, жълта, виолетова, ултравиолетова светлина и др.

С помощта на формулата на Айнщайн могат да се обяснят и други закономерности на фотоелектричния ефект.

Да приемем, че между анода и катода има забавящ потенциал. Ако кинетичната енергия на електроните е достатъчна, тогава те, преодолявайки забавящото поле, създават фототок. Фототокът включва онези електрони, за които условието е изпълнено . Стойността на задържащия потенциал се определя от условието

, (3)

където е максималната скорост на изхвърлените електрони. Ориз. 4.

Замествайки (3) с (1), получаваме

По този начин величината на забавящия потенциал не зависи от интензитета, а зависи само от честотата на падащата светлина.

Работната работа на електроните от метал и константата на Планк могат да бъдат определени чрез начертаване на зависимостта от честотата на падащата светлина (фиг. 4). Както можете да видите, сегментът, отрязан от потенциалната ос, дава .

С оглед на факта, че интензитетът на светлината е правопропорционален на броя на фотоните, увеличаването на интензитета на падащата светлина води до увеличаване на броя на изхвърлените електрони, т.е. до увеличаване на фототока.

Формулата на Айнщайн за фотоелектричния ефект при неметали има формата

Наличието - работата по отделяне на свързан електрон от атом вътре в неметали - се обяснява с факта, че за разлика от металите, където има свободни електрони, при неметалните електроните са в състояние, свързано с атомите. Очевидно, когато светлината пада върху неметали, част от светлинната енергия се изразходва за фотоелектричния ефект в атома - за отделянето на електрона от атома, а останалата част се изразходва за работната функция на електрона и придаването на кинетичен ефект. енергия към електрона.

Електроните на проводимост не напускат спонтанно метала в забележимо количество. Това се обяснява с факта, че металът представлява потенциален кладенец за тях. Възможно е да се остави металът само за онези електрони, чиято енергия е достатъчна за преодоляване на потенциалната бариера, съществуваща на повърхността. Силите, които причиняват тази бариера, имат следния произход. Случайно отстраняване на електрон от външния слой положителни йонирешетка води до появата на мястото, което е оставил електронът, излишен положителен заряд. Кулоновото взаимодействие с този заряд кара електрона, чиято скорост не е много висока, да се върне обратно. По този начин отделните електрони напускат металната повърхност през цялото време, отдалечават се от нея на няколко междуатомни разстояния и след това се връщат обратно. В резултат на това металът е заобиколен от тънък облак от електрони. Този облак заедно с външния слой от йони образува двоен електрически слой (фиг. 5; кръгове - йони, черни точки - електрони). Силите, действащи върху електрон в такъв слой, са насочени вътре в метала. Работата, извършена срещу тези сили по време на прехвърлянето на електрон от метала навън, отива за увеличаване на потенциалната енергия на електрона (фиг. 5).

По този начин потенциалната енергия на валентните електрони вътре в метала е по-малка от тази извън метала със сума, равна на дълбочината на потенциалната ямка (фиг. 6). Промяната в енергията се случва на дължина от порядъка на няколко междуатомни разстояния; следователно стените на кладенеца могат да се считат за вертикални.

Потенциална енергия на електрона Фиг. 6.

и потенциалът на точката, където е електронът, имат противоположни знаци. От това следва, че потенциалът вътре в метала е по-голям от потенциала в непосредствена близост до неговата повърхност с .

Даването на излишен положителен заряд на метала увеличава потенциала както на повърхността, така и вътре в метала. Потенциалната енергия на електрона съответно намалява (фиг. 7, а).

За референтна точка се приемат стойностите на потенциалната и потенциалната енергия в безкрайност. Въвеждането на отрицателен заряд понижава потенциала вътре и извън метала. Съответно се увеличава потенциалната енергия на електрона (фиг. 7, б).

Общата енергия на електрон в метал е сумата от потенциалната и кинетичната енергия. При абсолютна нула стойностите на кинетичната енергия на електроните на проводимост варират от нула до енергията, съвпадаща с нивото на Ферми. На фиг. 8, енергийните нива на лентата на проводимост са вписани в потенциалната ямка (пунктираните линии показват нива, незаети при 0K). За да излязат от метала, на различните електрони трябва да се даде различна енергия. По този начин електрон, разположен на самото по-ниско ниволенти на проводимост, е необходимо да се отчете енергията; за електрон на ниво Ферми енергията е достатъчна .

Най-малко енергия, който трябва да бъде съобщен на електрон, за да се отстрани от твърдо или течно тяло във вакуум, се нарича изход от работа.Работната работа на електрон от метал се определя от израза

Получихме този израз при предположението, че температурата на метала е 0K. При други температури работната функция също се дефинира като разлика между дълбочината на потенциалната ямка и нивото на Ферми, т.е. дефиницията (4) се разширява до всяка температура. Същото определение важи и за полупроводниците.

Нивото на Ферми зависи от температурата. Освен това, поради промяната в средните разстояния между атомите поради термично разширение, дълбочината на потенциалната ямка леко се променя. Това води до това, че работната функция е леко зависима от температурата.

Работната функция е много чувствителна към състоянието на металната повърхност, по-специално към нейната чистота. След като правилно избрахме Фиг. осем.

повърхностно покритие, работната функция може да бъде значително намалена. Така например, отлагането на оксиден слой от алкалоземен метал (Ca, Sr, Ba) върху повърхността на волфрама намалява работната функция от 4,5 eV (за чист W) до 1,5 - 2 eV.

Вътрешен фотоелектричен ефект

По-горе говорихме за освобождаването на електрони от осветената повърхност на веществото и прехода им към друга среда, по-специално във вакуум. Това излъчване на електрони се нарича фотоелектронна емисия, но самото явление външен фотоелектричен ефект.Наред с него е известен и широко използван за практически цели т.нар вътрешен фотоелектричен ефект, при което, за разлика от външния, оптически възбудените електрони остават вътре в осветеното тяло, без да се нарушава неутралността на последното. В този случай концентрацията на носители на заряд или тяхната подвижност се променя в веществото, което води до промяна в електрическите свойства на веществото под действието на падаща върху него светлина. Вътрешният фотоелектричен ефект е присъщ само на полупроводниците и диелектриците. Тя може да бъде открита по-специално чрез промяната в проводимостта на хомогенните полупроводници, когато те са осветени. Въз основа на това явление, фотопроводимостголяма група светлинни приемници е създадена и непрекъснато се подобрява - фоторезистори. Те използват основно селенид и кадмиев сулфид.

В нехомогенните полупроводници, наред с промяната в проводимостта, се наблюдава и образуването на потенциална разлика (снимка - emf). Това явление (фотоволтаичен ефект) се дължи на факта, че поради хомогенността на проводимостта на полупроводниците има пространствено разделяне вътре в обема на проводника на оптически възбудени електрони, които носят отрицателен заряд и възникващи микрозони (дупки). в непосредствена близост до атомите, от които са откъснати електроните, и като частици на носители положителен елементен заряд. Електроните и дупките са концентрирани в различни краища на полупроводника, в резултат на което възниква електродвижеща сила, поради която се генерира без прилагане на външна ЕДС. електричествов товар, свързан паралелно с осветен полупроводник. По този начин се постига директно преобразуване на светлинната енергия в електрическа енергия. Поради тази причина фотоволтаичните светлинни приемници се използват не само за регистриране на светлинни сигнали, но и в електрически вериги като източници на електрическа енергия.

Основните промишлени видове такива приемници работят на базата на селен и сребърен сулфид. Много често се срещат и силиций, германий и редица съединения - GaAs, InSb, CdTe и други. Фотоволтаичните клетки, използвани за преобразуване на слънчева енергия в електрическа, станаха особено широко използвани в космическите изследвания като бордови източници на енергия. Те имат относително висок процент полезно действие(до 20%) са много удобни в условията на автономен полет на космически кораб. В съвременните слънчеви клетки, в зависимост от полупроводниковия материал, снимка - emf. достига 1 - 2 V, отстраняване на тока от - няколко десетки милиампера, а за 1 kg маса изходната мощност достига стотици вата.

ФОТОЕФЕКТ, група явления, свързани с освобождаването на електрони на твърдо тяло от вътрешно-атомно свързване под въздействието на електромагнитно лъчение. Има: 1) външен фотоелектричен ефект, или фотоелектронна емисия, емисия на електрони от повърхността ... ... Съвременна енциклопедия

Явление, свързано с освобождаването на електрони от твърдо вещество (или течност) под въздействието на електромагнитно лъчение. Има: ..1) външен фотоелектричен ефект - излъчване на електрони под действието на светлината (фотоелектронна емисия),? радиация и др.; ..2) ... ... Голям енциклопедичен речник

Излъчването на ел нов във вом под влияние на ел. магн. радиация. Ф. е открит през 1887 г. от него. физик Г. Херц. Първите средства. Изследванията на Ф. са изпълнени от А. Г. Столетов (1888 г.), а след това го. физик Ф. Ленард (1899). Първият теоретичен обяснявам закона... Физическа енциклопедия

Съществуват., брой синоними: 2 фото ефект (1) ефект (29) ASIS синоним речник. В.Н. Тришин. 2013 ... Синонимен речник

фотоелектричен ефект- - [В. А. Семенов. Английски руски речник на релейната защита] Теми релейна защита EN фотоефект ... Наръчник за технически преводач

ФОТО ЕФЕКТ- (1) клапна поява на електродвижеща сила (фотоЕДС) между два различни полупроводника или между полупроводник и метал под въздействието на електромагнитно излъчване; (2) F. външна (фотоелектронна емисия) емисия на електрони от ... Голяма политехническа енциклопедия

А; м. Физ. Промяна на свойствата на веществото под въздействието на светлинна енергия; фотоелектричен ефект. * * * Фотоелектричният ефект е явление, свързано с освобождаването на електрони от твърдо (или течност) под въздействието на електромагнитно излъчване. Разграничаване: ... ... енциклопедичен речник

Емисията на електрони от вещество под въздействието на електромагнитно лъчение (фотони). Ф. е открит през 1887 г. от Г. Херц. Първо фундаментални изследвания F, изработен от А. Г. Столетов (1888). Той установи, че при възникването на фототок в ... ... Голям съветска енциклопедия

- (виж снимка... + афект) физически. промяна в електрическите свойства на веществото под въздействието на електромагнитно лъчение (светлина, ултравиолетови, рентгенови и други лъчи), например излъчване на електрони навън под действието на светлина (външно f.), промяна ... ... Речник на чужди думи на руския език

Книги

, P.S. Тартаковски. Възпроизведено с оригиналния авторски правопис на изданието от 1940 г. (издателство `GITT`). V…
Вътрешен фотоелектричен ефект в диелектриците, P.S. Тартаковски. Тази книга ще бъде произведена в съответствие с вашата поръчка с помощта на технологията Print-on-Demand. Възпроизведен в оригиналния авторски правопис на изданието от 1940 г. (издателство GITTL ...

Страница 1

Феноменът на фотоелектричния ефект, открит през 1887 г. от Херц и подробно изследван от А. Г. Столетов, се състои във факта, че металите (или полупроводниците) излъчват електрони, когато са изложени на светлина. Обяснете фотоелектричния ефект от гледна точка на вълнова теориясветлината е невъзможна. Въпреки това, електронната емисия се наблюдава веднага след осветяването на метала. Освен това, според вълновата теория, енергията E3 на електроните, излъчвани от метала, трябва да бъде пропорционална на интензитета на падащата светлина. Установено е обаче, че Ee не зависи от интензитета на светлината, а зависи от нейната честота, нарастваща с увеличаване на v; увеличаването на интензитета води само до увеличаване на броя на електроните, излъчвани от метала.

Фотоелектричният ефект е изтласкване на електрони от веществото чрез падаща върху него светлина. Основните характеристики на това явление са както следва. Светлинен лъч, падащ върху метална повърхност, освобождава електрони от метала, при условие че честотата на светлината е над определена критична стойност, в зависимост от вида на метала. Броят на изтеглените електрони за единица време с постоянен спектрален състав на излъчването е пропорционален на светлинния поток, падащ върху металната повърхност.

Статични характеристики на германиев фотодиод.

Феноменът на фотоелектричния ефект може да се използва и в p-n преход, към който се прилага обратно напрежение.

Феноменът на фотоелектричния ефект се открива при осветяване на цинкова плоча, свързана към пръта на електрометър.

Феноменът на фотоелектричния ефект, открит през 1889 г. от А. Г. Столетов, се състои във факта, че металите (или полупроводниците) излъчват електрони, когато са изложени на светлина. Невъзможно е да се обясни фотоелектричният ефект въз основа на вълновата теория на светлината. Въпреки това, електронната емисия се наблюдава веднага след осветяването на метала. Освен това, според вълновата теория, енергията Ea на електроните, излъчвани от метала, трябва да бъде пропорционална на интензитета на падащата светлина. Установено е обаче, че Ee не зависи от интензитета на светлината, а зависи от нейната честота, нарастваща с увеличаване на v; увеличаването на интензитета води само до увеличаване на броя на електроните, излъчвани от метала.

Феноменът на фотоелектричния ефект, открит от А. Г. Столетов през 1888 г., е, че под действието на светлина от повърхността различни теласе изхвърлят електрони, в резултат на което това тяло придобива заряд. Освен това това явление се наблюдава само при условие, че енергията на светлинния квант е по-голяма от работата, необходима за отделяне на електрон от повърхността на дадено вещество и придаване на някаква кинетична енергия към него.

Феноменът на фотоелектричния ефект се състои във факта, че лъчите на светлината, попадащи върху всяко тяло (независимо от неговата химическа природа и физическо състояние), нокаутира електроните от него.

Фотоелектричният ефект е открит за първи път през 1819 г. от руския химик Гротгус.

Феноменът на фотоелектричния ефект е забелязан за първи път от Херц през 1887 г. Херц открива, че облъчването на искровата междина ултравиолетови лъчиоблекчава изхвърлянето.

Същността на феномена на фотоелектричния ефект е, че когато повърхността на метали или полупроводници е осветена, частици от лъчиста енергия проникват в повърхностните слоеве на осветеното тяло и придават допълнителна енергия на неговите електрони. В резултат на това електроните на осветеното тяло започват да се движат с висока скорост и напускат обичайните си орбити на движение. Това явление на ускоряване на движението на електроните на осветено тяло под действието на лъчиста енергия се нарича феномен на фотоелектричния ефект.

При феномена на фотоелектричния ефект електроните, изхвърлени от металната повърхност чрез излъчване с честота 2 - 104 Hz, се забавят напълно от забавящото поле при потенциална разлика от 7 V, а при честота 4 - 101 Hz - с потенциална разлика от 15 V.

Хипотезата на Планк, която блестящо реши проблема с топлинното излъчване от черно тяло, беше потвърдена и по-нататъчно развитиепри обяснението на фотоелектричния ефект - явление, чието откриване и изследване изиграха важна роля в развитието на квантовата теория. През 1887 г. Г. Херц открива, че когато отрицателният електрод е осветен с ултравиолетови лъчи, разрядът между електродите става при по-ниско напрежение. Това явление, както е показано от експериментите на V. Galvaks (1888) и A.G. Столетов (1888–1890) се дължи на избиването на отрицателни заряди от електрода под действието на светлината. Електронът все още не е открит. Едва през 1898 г. J.J. Томпсън и Ф. Леонард, след като измерили специфичния заряд на частиците, излъчвани от тялото, установили, че това са електрони.

Има външни, вътрешни, клапанни и многофотонни фотоелектрични ефекти.

външен фотоелектричен ефект наречено излъчване на електрони от вещество под действието на електромагнитно излъчване. външен фотоелектричен ефектвидяно в твърди вещества(метали, полупроводници, диелектрици), както и в газове върху отделни атоми и молекули (фотойонизация).

Вътрешен фотоелектричен ефект - Това са преходите на електрони вътре в полупроводник или диелектрик, причинени от електромагнитно излъчване от свързани състояния към свободни, без да излизат навън. В резултат на това концентрацията на токоносители вътре в тялото се увеличава, което води до появата на фотопроводимост (увеличаване на електрическата проводимост на полупроводник или диелектрик, когато е осветен) или до появата на електродвижеща сила (EMF).

фотоелектричен ефект на клапана е вид вътрешен фотоелектричен ефект, представлява възникване на ЕМП (фото ЕМП) при осветяване на контакта на два различни полупроводника или на полупроводник и метал (при липса на външно електрическо поле). Фотоелектричният ефект на клапана отваря пътя за директно преобразуване на слънчевата енергия в електрическа енергия.

Многофотонен фотоелектричен ефект възможно, ако интензитетът на светлината е много висок (например при използване на лазерни лъчи). В този случай електрон, излъчван от метал, може едновременно да получава енергия не от един, а от няколко фотона.

Първите фундаментални изследвания на фотоелектричния ефект са извършени от руския учен A.G. Столетов. електрическа схемаза изследване на фотоелектричния ефект е показано на фиг. 2.1.


	Ориз. 2.1	Ориз. 2.2

Два електрода (катод ДА СЕот изследвания материал и анода А, за което Столетов използва метална мрежа) във вакуумна тръба са свързани към батерията, така че с помощта на потенциометър Рможете да промените не само стойността, но и знака на приложеното към тях напрежение. Токът, който възниква, когато катодът е осветен с монохроматична светлина (през кварцово стъкло), се измерва с милиамперметър, включен във веригата.

През 1899 г. J. J. Thompson и F. Lenard доказаха, че по време на фотоелектричния ефект светлината избива електрони от материята.

Волт-амперна характеристика (VAC) на фотоелектричния ефект - фототокова зависимост аз, образуван от потока на електроните, върху напрежение, е показано на фиг. 2.2.

Тази зависимост съответства на две различни енергийни осветения на катода (честотата на светлината е еднаква и в двата случая). Докато увеличавате Уфототока постепенно нараства, т.е. всичко Повече ▼фотоелектроните достигат до анода. Плоският характер на кривите показва, че електроните се излъчват от катода с различни скорости.

Максимална стойност фототок на насищанесе определя от такава стойност на напрежението У, при което всички електрони, излъчвани от катода, достигат до анода:

където не броят на електроните, излъчени от катода за 1 s.

Следва от VAC, при У= 0 фототока не изчезва. Следователно, електроните, избити от катода, имат някаква начална скорост υ и следователно ненулева кинетична енергия, така че те могат да достигнат до катода без външно поле. За да стане нула фототока е необходимо да се приложи забавящо напрежение . При нито един от електроните, дори при напускане на катода максимална скорост, не може да преодолее забавящото поле и да достигне до анода. следователно,