Ko je proučavao fotoelektrični efekat? Velika enciklopedija nafte i gasa

Uvod

1. Istorija otkrića fotoelektričnog efekta

2. Stoletovljevi zakoni

3. Einsteinova jednadžba

4. Unutrašnji fotoelektrični efekat

5. Primjena fenomena fotoelektričnog efekta

Bibliografija

Uvod

Brojni optički fenomeni su dosledno objašnjeni na osnovu ideja o talasnoj prirodi svetlosti. Međutim, krajem 19. – početkom 20. vijeka. Otkriveni su i proučavani fenomeni kao što su fotoelektrični efekat, rendgensko zračenje, Comptonov efekat, zračenje atoma i molekula, toplotno zračenje i drugi, čije se objašnjenje sa gledišta talasa pokazalo nemogućim. Objašnjenje novih eksperimentalnih činjenica dobijeno je na osnovu korpuskularnih ideja o prirodi svjetlosti. Nastala je paradoksalna situacija vezana za korištenje potpuno suprotnih fizičkih modela valova i čestica za objašnjenje optičkih pojava. U nekim pojavama svjetlost je ispoljavala valna svojstva, u drugim – korpuskularna svojstva.

Među raznim pojavama u kojima se manifestuje dejstvo svetlosti na materiju, važno mesto zauzima fotoelektrični efekat, odnosno emisija elektrona od strane supstance pod uticajem svetlosti. Analiza ovog fenomena dovela je do ideje o kvantima svjetlosti i odigrala je izuzetno važnu ulogu u razvoju modernih teorijskih koncepata. Istovremeno, fotoelektrični efekat se koristi u fotoćelijama koje su dobile izuzetno široku primenu u različitim oblastima nauke i tehnologije i obećavaju još bogatije izglede.

1. Istorija otkrića fotoelektričnog efekta

Otkriće fotoelektričnog efekta treba pripisati 1887. godini, kada je Hertz otkrio da osvjetljavanje elektroda razmaka pod naponom ultraljubičastom svjetlošću olakšava prolazak iskre između njih.

Fenomen koji je otkrio Hertz može se uočiti u sljedećem lako izvodljivom eksperimentu (slika 1).

Veličina razmaka F je odabrana na takav način da u krugu koji se sastoji od transformatora T i kondenzatora C, iskra teško prolazi (jednom ili dva puta u minuti). Ako se elektrode F, napravljene od čistog cinka, osvijetle svjetlošću živine lampe Hg, tada je pražnjenje kondenzatora uvelike olakšano: počinje da skače iskra. 1. Shema Hertzovog eksperimenta.

Fotoelektrični efekat je 1905. godine objasnio Albert Ajnštajn (za šta je dobio a nobelova nagrada) zasnovan na hipotezi Maxa Plancka o kvantnoj prirodi svjetlosti. Ajnštajnov rad je sadržao važnu novu hipotezu - ako je Planck sugerisao da se svetlost emituje samo u kvantizovanim delovima, onda je Ajnštajn već verovao da svetlost postoji samo u obliku kvantnih delova. Iz ideje o svjetlosti kao česticama (fotonima) odmah slijedi Einsteinova formula za fotoelektrični efekat:

, je kinetička energija emitovanog elektrona, je radna funkcija za datu supstancu, je frekvencija upadne svjetlosti, je Planckova konstanta, za koju se pokazalo da je potpuno ista kao u Planckovoj formuli za zračenje crnog tijela.

Ova formula implicira postojanje crvene granice fotoelektričnog efekta. Stoga je istraživanje fotoelektričnog efekta bilo jedno od prvih kvantnomehaničkih studija.

2. Stoletovljevi zakoni

Po prvi put (1888–1890), detaljno analizirajući fenomen fotoelektričnog efekta, ruski fizičar A.G. Stoletov je dobio fundamentalno važne rezultate. Za razliku od prethodnih istraživača, uzeo je malu potencijalnu razliku između elektroda. Šema Stoletovljevog eksperimenta prikazana je na Sl. 2.

Dvije elektrode (jedna u obliku mreže, druga - ravna), smještene u vakuumu, pričvršćene su na bateriju. Ampermetar spojen na strujno kolo koristi se za mjerenje rezultujuće struje. Zračenjem katode svetlošću različitih talasnih dužina, Stoletov je došao do zaključka da je većina efektivna akcija pružaju ultraljubičaste zrake. Osim toga, utvrđeno je da je jačina struje koju stvara svjetlost direktno proporcionalna njenom intenzitetu.

Godine 1898. Lenard i Thomson su koristili metodu odbijanja naboja u električnim i magnetna polja odredio specifični naboj naelektrisanih čestica izbačenih iz Sl. 2. Šema Stoletovljevog eksperimenta.

svjetlost sa katode, i primio izraz

SGSE jedinice s/g, što se poklapa sa poznatim specifičnim nabojem elektrona. Slijedilo je da su pod utjecajem svjetlosti elektroni izbačeni iz katodne tvari.

Sumiranjem dobijenih rezultata utvrđeno je sljedeće uzorci fotoefekat:

1. Uz konstantan spektralni sastav svjetlosti, jačina fotostruje zasićenja je direktno proporcionalna svjetlosnom toku koji pada na katodu.

2. Početna kinetička energija elektrona izbačenih svjetlošću raste linearno sa povećanjem frekvencije svjetlosti i ne zavisi od njenog intenziteta.

3. Fotoelektrični efekat ne nastaje ako je frekvencija svjetlosti manja od određene vrijednosti karakteristične za svaki metal

, nazvana crvena granica.

Prva pravilnost fotoelektričnog efekta, kao i pojava samog fotoelektričnog efekta, može se lako objasniti na osnovu zakona klasične fizike. Zaista, svjetlosno polje, djelujući na elektrone unutar metala, pobuđuje njihove vibracije. Amplituda prisilnih oscilacija može dostići takvu vrijednost pri kojoj elektroni napuštaju metal; tada se opaža fotoelektrični efekat.

Zbog činjenice da prema klasična teorija Intenzitet svjetlosti je direktno proporcionalan kvadratu električnog vektora, broj izbačenih elektrona raste sa povećanjem intenziteta svjetlosti.

Drugi i treći zakon fotoelektričnog efekta nisu objašnjeni zakonima klasične fizike.

Proučavanje zavisnosti fotostruje (slika 3), koja se javlja kada je metal ozračen strujom monohromatske svetlosti, od razlike potencijala između elektroda (ova zavisnost se obično naziva volti - amperska karakteristika fotostruja), ustanovljeno je da: 1) fotostruja nastaje ne samo kada

, ali i sa ; 2) fotostruja je različita od nule do negativne potencijalne razlike striktno definisane za dati metal, takozvanog potencijala usporavanja; 3) veličina potencijala blokiranja (odlaganja) ne zavisi od intenziteta upadne svetlosti; 4) fotostruja raste sa smanjenjem apsolutne vrednosti potencijala usporavanja; 5) veličina fotostruje raste sa povećanjem i od određene vrijednosti fotostruja (tzv. struja zasićenja) postaje konstantna; 6) veličina struje zasićenja raste sa povećanjem intenziteta upadne svetlosti; 7) vrijednost kašnjenja Sl. 3. Karakteristike

potencijal zavisi od frekvencije upadne svjetlosti; fotostruja

8) brzina izbačenih elektrona pod uticajem svetlosti ne zavisi od intenziteta svetlosti, već zavisi samo od njene frekvencije.

3. Ajnštajnova jednačina

Fenomen fotoelektričnog efekta i svi njegovi zakoni dobro su objašnjeni pomoću kvantne teorije svjetlosti, koja potvrđuje kvantnu prirodu svjetlosti.

Kao što je već napomenuto, Einstein (1905), razvijajući Planckovu kvantnu teoriju, iznio je ideju da se ne samo zračenje i apsorpcija, već i širenje svjetlosti dešavaju u dijelovima (kvantima), čija energija i impuls.

1. Istorija otkrića fotoelektričnog efekta

2. Stoletovljevi zakoni

3. Einsteinova jednadžba

4. Unutrašnji fotoelektrični efekat

5. Primjena fenomena fotoelektričnog efekta

Uvod

Istorija otkrića fotoelektričnog efekta

Fenomen koji je otkrio Hertz može se uočiti u sljedećem lako izvodljivom eksperimentu (slika 1).

Fotoelektrični efekat je 1905. godine objasnio Albert Ajnštajn (za šta je 1921. dobio Nobelovu nagradu) na osnovu hipoteze Maksa Planka o kvantnoj prirodi svetlosti. Ajnštajnov rad je sadržao važnu novu hipotezu - ako je Planck sugerisao da se svetlost emituje samo u kvantizovanim delovima, onda je Ajnštajn već verovao da svetlost postoji samo u obliku kvantnih delova. Iz ideje o svjetlosti kao česticama (fotonima) odmah slijedi Einsteinova formula za fotoelektrični efekat:

gdje je kinetička energija emitiranog elektrona, je radna funkcija za datu supstancu, je frekvencija upadne svjetlosti, je Planckova konstanta, za koju se pokazalo da je potpuno ista kao u Planckovoj formuli za zračenje crnog tijela.

Ova formula implicira postojanje crvene granice fotoelektričnog efekta. Stoga je istraživanje fotoelektričnog efekta bilo jedno od prvih kvantnomehaničkih studija.

Stoletovljevi zakoni

Dvije elektrode (jedna u obliku mreže, druga - ravna), smještene u vakuumu, pričvršćene su na bateriju. Ampermetar spojen na strujno kolo koristi se za mjerenje rezultujuće struje. Zračenjem katode svetlošću različitih talasnih dužina, Stoletov je došao do zaključka da ultraljubičasti zraci imaju najefikasnije dejstvo. Osim toga, utvrđeno je da je jačina struje koju stvara svjetlost direktno proporcionalna njenom intenzitetu.

Godine 1898. Lenard i Thomson su, koristeći metodu skretanja naelektrisanja u električnim i magnetskim poljima, odredili specifični naboj naelektrisanih čestica izbačenih iz Sl. 2. Šema Stoletovljevog eksperimenta.

svjetlost sa katode, i primio izraz

SGSE jedinice s/g, što se poklapa sa poznatim specifičnim nabojem elektrona. Slijedilo je da su pod utjecajem svjetlosti elektroni izbačeni iz katodne tvari.

Sumiranjem dobijenih rezultata utvrđeno je sljedeće uzorci fotoefekat:

1. Uz konstantan spektralni sastav svjetlosti, jačina fotostruje zasićenja je direktno proporcionalna svjetlosnom toku koji pada na katodu.

2. Početna kinetička energija elektrona izbačenih svjetlošću raste linearno sa povećanjem frekvencije svjetlosti i ne zavisi od njenog intenziteta.

3. Fotoelektrični efekat ne nastaje ako je frekvencija svjetlosti manja od određene vrijednosti karakteristične za svaki metal, koja se naziva crvena granica.

Zbog činjenice da je, prema klasičnoj teoriji, intenzitet svjetlosti direktno proporcionalan kvadratu električnog vektora, broj izbačenih elektrona raste sa povećanjem intenziteta svjetlosti.

Drugi i treći zakon fotoelektričnog efekta nisu objašnjeni zakonima klasične fizike.

Proučavanjem zavisnosti fotostruje (slika 3), koja nastaje kada se metal ozrači strujom monohromatskog svetla, od razlike potencijala između elektroda (ova zavisnost se obično naziva volt-amperska karakteristika fotostruje), utvrđeno je da: 1) fotostruja se javlja ne samo na, već i na; 2) fotostruja je različita od nule do negativne potencijalne razlike striktno definisane za dati metal, takozvanog potencijala usporavanja; 3) veličina potencijala blokiranja (odlaganja) ne zavisi od intenziteta upadne svetlosti; 4) fotostruja raste sa smanjenjem apsolutne vrednosti potencijala usporavanja; 5) veličina fotostruje raste sa povećanjem i od određene vrijednosti fotostruja (tzv. struja zasićenja) postaje konstantna; 6) veličina struje zasićenja raste sa povećanjem intenziteta upadne svetlosti; 7) vrijednost kašnjenja Sl. 3. Karakteristike

potencijal zavisi od frekvencije upadne svjetlosti; fotostruja

8) brzina izbačenih elektrona pod uticajem svetlosti ne zavisi od intenziteta svetlosti, već zavisi samo od njene frekvencije.

Ajnštajnova jednačina

Fenomen fotoelektričnog efekta i svi njegovi zakoni dobro su objašnjeni pomoću kvantne teorije svjetlosti, koja potvrđuje kvantnu prirodu svjetlosti.

Kao što je već napomenuto, Einstein (1905), razvijajući Planckovu kvantnu teoriju, iznio je ideju da se ne samo zračenje i apsorpcija, već i širenje svjetlosti odvija u dijelovima (kvantima), čija energija i impuls:

gdje je jedinični vektor usmjeren duž valnog vektora. Primjenjujući zakon održanja energije na fenomen fotoelektričnog efekta u metalima, Ajnštajn je predložio sledeću formulu:

, (1)

gdje je rad elektrona iz metala, a brzina fotoelektrona. Prema Einsteinu, svaki kvant apsorbira samo jedan elektron, a dio energije upadnog fotona troši se na obavljanje radne funkcije metalnog elektrona, dok preostali dio predaje kinetičku energiju elektronu.

Kao što slijedi iz (1), fotoelektrični efekat u metalima može nastati samo pri , inače će energija fotona biti nedovoljna da otrgne elektron iz metala. Najniža frekvencija svjetlosti pod čijim utjecajem nastaje fotoelektrični efekat određena je, očito, iz uslova

Frekvencija svjetlosti određena uvjetom (2) naziva se “crvena granica” fotoelektričnog efekta. Riječ "crveno" nema nikakve veze sa bojom svjetlosti pri kojoj se javlja fotoelektrični efekat. Ovisno o vrsti metala, "crvena ivica" fotoelektričnog efekta može odgovarati crvenoj, žutoj, ljubičastoj, ultraljubičastoj svjetlosti itd.

Koristeći Ajnštajnovu formulu, mogu se objasniti i druge zakonitosti fotoelektričnog efekta.

Pretpostavimo da, tj. postoji kočni potencijal između anode i katode. Ako je kinetička energija elektrona dovoljna, onda oni, nakon što prevladaju polje kočenja, stvaraju fotostruju. U fotostruji učestvuju oni elektroni za koje je uslov zadovoljen . Veličina potencijala usporavanja određuje se iz uslova

, (3)

gdje je maksimalna brzina izbačenih elektrona. Rice. 4.

Zamjenom (3) u (1) dobijamo

Dakle, veličina potencijala usporavanja ne zavisi od intenziteta, već zavisi samo od frekvencije upadne svetlosti.

Radna funkcija elektrona iz metala i Planckova konstanta mogu se odrediti crtanjem zavisnosti od frekvencije upadne svjetlosti (slika 4). Kao što vidite, segment odsječen od potencijalne ose daje .

Zbog činjenice da je intenzitet svjetlosti direktno proporcionalan broju fotona, povećanje intenziteta upadne svjetlosti dovodi do povećanja broja izbačenih elektrona, odnosno do povećanja fotostruje.

Einsteinova formula za fotoelektrični efekat u nemetalima ima oblik

Prisutnost rada uklanjanja vezanog elektrona iz atoma unutar nemetala objašnjava se činjenicom da su, za razliku od metala, gdje postoje slobodni elektroni, kod nemetala elektroni u stanju vezani za atome. Očigledno, kada svjetlost pada na nemetale, dio svjetlosne energije troši se na fotoelektrični efekat u atomu - na odvajanje elektrona od atoma, a preostali dio se troši na rad elektrona i davanje kinetičke energije do elektrona.

Elektroni provodljivosti ne napuštaju metal spontano u značajnim količinama. To se objašnjava činjenicom da metal predstavlja potencijalnu rupu za njih. Samo oni elektroni čija je energija dovoljna da savladaju potencijalnu barijeru prisutnu na površini mogu napustiti metal. Sile koje uzrokuju ovu barijeru imaju sljedeće porijeklo. Nasumično uklanjanje elektrona iz vanjskog sloja pozitivni joni rešetka dovodi do pojave viška pozitivnog naboja na mjestu gdje je elektron otišao. Kulonova interakcija s ovim nabojem prisiljava elektron, čija brzina nije velika, da se vrati nazad. Dakle, pojedinačni elektroni stalno napuštaju površinu metala, udaljavaju se od nje nekoliko međuatomskih udaljenosti i zatim se vraćaju. Kao rezultat, metal je okružen tankim oblakom elektrona. Ovaj oblak, zajedno sa vanjskim slojem jona, čini dvostruki električni sloj (slika 5; krugovi su joni, crne tačke su elektroni). Sile koje djeluju na elektron u takvom sloju usmjeravaju se u metal. Rad koji se vrši protiv ovih sila pri prenošenju elektrona iz metala prema van ide na povećanje potencijalne energije elektrona (slika 5).

Dakle, potencijalna energija valentnih elektrona unutar metala je manja nego izvan metala za iznos jednak dubini potencijalne jame (slika 6). Promjena energije se događa na dužini reda od nekoliko međuatomskih udaljenosti, tako da se zidovi bunara mogu smatrati vertikalnim.

Potencijalna energija elektrona Sl. 6.

i potencijal tačke u kojoj se elektron nalazi imaju suprotnih znakova. Iz toga slijedi da je potencijal unutar metala za određenu količinu veći od potencijala u neposrednoj blizini njegove površine.

Davanje metalu viška pozitivnog naboja povećava potencijal i na površini i unutar metala. Potencijalna energija elektrona se shodno tome smanjuje (slika 7, a).

Vrijednosti potencijalne i potencijalne energije u beskonačnosti uzimaju se kao referentna točka. Poruka negativnog naboja snižava potencijal unutar i izvan metala. Shodno tome, potencijalna energija elektrona raste (slika 7, b).

Ukupna energija elektrona u metalu sastoji se od potencijalne i kinetičke energije. Na apsolutnoj nuli, vrijednosti kinetičke energije provodnih elektrona kreću se od nule do energetskog nivoa koji se poklapa sa Fermijevim nivoom. Na sl. 8, energetski nivoi provodnog pojasa su upisani u potencijalnu jamu (isprekidana linija pokazuje nivoe koji nisu zauzeti na 0K). Da bi se uklonili iz metala, različiti elektroni moraju dobiti različite energije. Dakle, elektron koji se nalazi na samom niži nivo zona provodljivosti, potrebno je prenijeti energiju; za elektron koji se nalazi na Fermijevom nivou, postoji dovoljno energije .

Najniža energija, koji se mora saopćiti elektronu da bi se uklonio iz čvrstog ili tekućeg tijela u vakuum naziva se radna funkcija. Radna funkcija elektrona iz metala određena je izrazom

Ovaj izraz smo dobili pod pretpostavkom da je temperatura metala 0K. Na drugim temperaturama radna funkcija je također definirana kao razlika između dubine potencijalne bušotine i Fermijevog nivoa, tj. definicija (4) je proširena na bilo koju temperaturu. Ista definicija vrijedi i za poluvodiče.

Fermi nivo zavisi od temperature. Osim toga, zbog promjene prosječne udaljenosti između atoma zbog toplinskog širenja, dubina potencijalne bušotine se neznatno mijenja. To rezultira time da radna funkcija malo ovisi o temperaturi.

Radna funkcija je vrlo osjetljiva na stanje metalne površine, posebno na njenu čistoću. Nakon pravilnog odabira Sl. 8.

površinski premaz, radna funkcija se može znatno smanjiti. Na primjer, nanošenje sloja oksida zemnoalkalnog metala (Ca, Sr, Ba) na površinu volframa smanjuje radnu funkciju sa 4,5 eV (za čisti W) na 1,5 – 2 eV.

Interni fotoelektrični efekat

Gore smo govorili o oslobađanju elektrona sa osvijetljene površine tvari i njihovom prijelazu u drugi medij, posebno u vakuum. Ova emisija elektrona naziva se fotoelektronska emisija, i sam fenomen eksterni fotoefekat. Uz to, tzv unutrašnji fotoelektrični efekat, u kojem, za razliku od vanjskog, optički pobuđeni elektroni ostaju unutar osvijetljenog tijela bez narušavanja neutralnosti potonjeg. U tom slučaju se mijenja koncentracija nosilaca naboja ili njihova pokretljivost u tvari, što dovodi do promjene električnih svojstava tvari pod utjecajem svjetlosti koja pada na nju. Unutrašnji fotoelektrični efekat je svojstven samo poluvodičima i dielektricima. Može se detektovati, posebno, promenama u provodljivosti homogenih poluprovodnika kada su osvetljeni. Na osnovu ovog fenomena - fotoprovodljivost stvorena je velika grupa prijemnika svjetlosti koja se stalno usavršava - fotootpornici. Uglavnom koriste kadmijum selenid i sulfid.

Kod nehomogenih poluvodiča, uz promjenu vodljivosti, uočava se i stvaranje razlike potencijala (fotografija - emf). Ova pojava (fotogalvanski efekat) nastaje zbog činjenice da zbog homogenosti provodljivosti poluprovodnika dolazi do prostornog razdvajanja unutar zapremine provodnika optički pobuđenih elektrona koji nose negativan naboj i mikrozona (rupa) koje nastaju u neposredna blizina atoma od kojih su otkinuti elektroni i sličnih čestica koje nose pozitivan elementarni naboj. Elektroni i rupe koncentrirani su na različitim krajevima poluvodiča, zbog čega nastaje elektromotorna sila, zbog koje se stvara bez primjene vanjske emf. struja u opterećenju spojenom paralelno sa osvijetljenim poluprovodnikom. Na taj način se postiže direktna konverzija svjetlosne energije u električnu energiju. Iz tog razloga se fotonaponski prijemnici svjetla koriste ne samo za snimanje svjetlosnih signala, već i u električnim krugovima kao izvori električne energije.

Glavni industrijski proizvedeni tipovi takvih prijemnika baziraju se na selenu i srebrnom sulfidu. Silicijum, germanijum i brojna jedinjenja su takođe veoma česta - GaAs, InSb, CdTe i drugi. Fotonaponske ćelije, koje se koriste za pretvaranje sunčeve energije u električnu, postale su posebno raširene u istraživanju svemira kao izvori energije na brodu. Imaju relativno visok koeficijent korisna akcija(do 20%) su veoma zgodne u uslovima autonomnog leta svemirskog broda. U modernim solarnim ćelijama, ovisno o poluvodičkom materijalu, foto - emf. dostiže 1 - 2 V, strujni prijem od nekoliko desetina miliampera, a po 1 kg mase izlazna snaga doseže stotine vati.

FOTO EFEKAT, grupa pojava povezanih sa oslobađanjem elektrona čvrstog tijela iz unutaratomskih veza pod utjecajem elektromagnetnog zračenja. Postoje: 1) eksterni fotoelektrični efekat, odnosno fotoelektronska emisija, emisija elektrona sa površine... ... Moderna enciklopedija

Fenomen povezan sa oslobađanjem elektrona iz čvrste supstance (ili tečnosti) pod uticajem elektromagnetnog zračenja. Postoje:..1) spoljašnji fotoelektrični efekat, emisija elektrona pod uticajem svetlosti (emisija fotoelektrona), ? zračenje, itd.;..2)… … Veliki enciklopedijski rječnik

Emisija elektrona u zrak pod utjecajem električne energije. mag. radijacije. F. je otvoren 1887. fizičar G. Hertz. Prva sredstva. F.-ovo istraživanje je izvršio A. G. Stoletov (1888), a potom German. fizičar F. Lenard (1899). Prvi je teoretski. objasnjenje zakona... Fizička enciklopedija

Imenica, broj sinonima: 2 foto efekat (1) efekat (29) ASIS rečnik sinonima. V.N. Trishin. 2013… Rečnik sinonima

fotoefekat- - [V.A. Semenov. Englesko-ruski rječnik relejne zaštite] Teme relejne zaštite EN fotoefekat ... Vodič za tehnički prevodilac

FOTO EFEKAT- (1) generisanje ventila elektromotorne sile (fotoEMF) između dva različita poluprovodnika ili između poluprovodnika i metala pod uticajem elektromagnetnog zračenja; (2) F. vanjska (fotoelektronska emisija) emisija elektrona sa ... Velika politehnička enciklopedija

A; m. Phys. Promjene u svojstvima tvari pod utjecajem svjetlosne energije; fotoelektrični efekat. * * * fotoelektrični efekat je pojava povezana sa oslobađanjem elektrona iz čvrste supstance (ili tečnosti) pod uticajem elektromagnetnog zračenja. Razlikovati: ... ... enciklopedijski rječnik

Emisija elektrona od strane supstance pod uticajem elektromagnetnog zračenja (fotoni). F. je 1887. otkrio G. Hertz. Prvo osnovna istraživanja F, izradio A. G. Stoletov (1888). Ustanovio je da je u pojavi fotostruje u ... ... Veliki Sovjetska enciklopedija

- (vidi sliku... + afekt) fizički. promjena električnih svojstava tvari pod utjecajem elektromagnetnog zračenja (svjetlo, ultraljubičasto, rendgensko zračenje i drugi zraci), na primjer, emisija elektrona prema van pod utjecajem svjetlosti (vanjska f.), promjena . ... ... Rečnik stranih reči ruskog jezika

Knjige

, P.S. Tartakovski. Reproducirano u originalnom autorskom pravopisu izdanja iz 1940. (izdavačka kuća GITTL). U…
Interni fotoelektrični efekat u dielektricima, P.S. Tartakovski. Ova knjiga će biti proizvedena u skladu sa vašom narudžbom koristeći tehnologiju Print-on-Demand. Reproducirano u originalnom autorskom pravopisu izdanja iz 1940. (izdavačka kuća GITTL...

Stranica 1

Fenomen fotoelektričnog efekta, koji je 1887. otkrio Hertz, a detaljno proučavao A.G. Stoletov, je da metali (ili poluvodiči) emituju elektrone kada su izloženi svjetlosti. Objasnite fotoelektrični efekat na osnovu teorija talasa svetlost je nemoguća. Međutim, emisija elektrona se opaža odmah nakon osvjetljenja metala. Osim toga, prema teoriji valova, energija E3 elektrona koje emituje metal trebala bi biti proporcionalna intenzitetu upadne svjetlosti. Međutim, utvrđeno je da Ee ne zavisi od intenziteta svetlosti, već zavisi od njegove frekvencije, koja raste sa povećanjem v; povećanje intenziteta samo dovodi do povećanja broja elektrona emitovanih iz metala.

Fenomen fotoelektričnog efekta uključuje izbacivanje elektrona iz tvari svjetlošću koja pada na nju. Glavne karakteristike ovog fenomena su sljedeće. Snop svjetlosti koji pada na površinu metala oslobađa elektrone iz metala, pod uslovom da je frekvencija svjetlosti iznad određene kritične vrijednosti, ovisno o vrsti metala. Broj izbačenih elektrona u jedinici vremena, sa konstantnim spektralnim sastavom zračenja, proporcionalan je svjetlosnom toku koji pada na površinu metala.

Statičke karakteristike germanijumske fotodiode.

Fenomen fotoelektričnog efekta može se koristiti i u pn spoju na koji se primjenjuje obrnuti napon.

Fenomen fotoelektričnog efekta detektuje se osvjetljavanjem cink ploče spojene na šipku elektrometra.

Fenomen fotoelektričnog efekta, koji je 1889. otkrio A.G. Stoletov, je da metali (ili poluvodiči) emituju elektrone kada su izloženi svjetlosti. Nemoguće je objasniti fotoelektrični efekat na osnovu talasne teorije svetlosti. Međutim, emisija elektrona se opaža odmah nakon osvjetljenja metala. Osim toga, prema teoriji valova, energija Ea elektrona koje emituje metal trebala bi biti proporcionalna intenzitetu upadne svjetlosti. Međutim, utvrđeno je da Ee ne zavisi od intenziteta svetlosti, već zavisi od njegove frekvencije, koja raste sa povećanjem v; povećanje intenziteta samo dovodi do povećanja broja elektrona emitovanih iz metala.

Fenomen fotoelektričnog efekta, koji je otkrio A.G. Stoletov 1888. godine, je da pod uticajem svetlosti sa površine različita tijela oslobađaju se elektroni, zbog čega tijelo dobiva naboj. Štaviše, ovaj fenomen se uočava samo ako je energija kvanta svjetlosti veća od rada potrebnog da se elektron ukloni s površine date supstance i da joj se prenese kinetička energija.

Fenomen fotoelektričnog efekta je da zraci svjetlosti padaju na bilo koje tijelo (bez obzira na njegovu hemijsku prirodu i psihičko stanje), izbaci elektrone iz njega.

Fenomen fotoelektričnog efekta prvi je otkrio 1819. godine ruski hemičar Grothus.

Fenomen fotoelektričnog efekta prvi je uočio Hertz 1887. Hertz je otkrio da zračenje iskrišta ultraljubičastih zraka olakšava pražnjenje.

Suština fotoelektričnog efekta je da kada je površina metala ili poluvodiča osvijetljena, čestice energije zračenja prodiru u površinske slojeve osvijetljenog tijela i daju dodatnu energiju njegovim elektronima. Kao rezultat toga, elektroni osvijetljenog tijela počinju se kretati velikom brzinom i napuštaju svoje normalne orbite kretanja. Ovaj fenomen ubrzanja kretanja elektrona osvijetljenog tijela pod utjecajem energije zračenja naziva se fotoelektrični efekat.

U fotoelektričnom efektu, elektroni izbačeni s površine metala zračenjem frekvencije 2 - 104 Hz potpuno su odloženi kočnim poljem pri razlici potencijala od 7 V, a na frekvenciji od 4 - 101 Hz - pri razlici potencijala od 15 V.

Plankova hipoteza, koja je briljantno riješila problem toplotnog zračenja crnog tijela, potvrđena je i dalji razvoj pri objašnjavanju fotoelektričnog efekta, fenomena čije je otkriće i proučavanje odigralo važnu ulogu u razvoju kvantne teorije. 1887. G. Hertz je otkrio da kada se negativna elektroda osvijetli ultraljubičastim zracima, pražnjenje između elektroda nastaje pri nižem naponu. Ovaj fenomen, kao što su pokazali eksperimenti V. Galvaksa (1888) i A.G. Stoletov (1888–1890), zbog izbacivanja negativnih naboja s elektrode pod utjecajem svjetlosti. Elektron još nije bio otkriven. Tek 1898. godine J.J. Thompson i F. Leonard, mjerenjem specifičnog naboja čestica koje tijelo emituje, ustanovili su da su to elektroni.

Postoje eksterni, unutrašnji, gejt i višefotonski fotoefekti.

Eksterni fotoefekat je emisija elektrona od strane supstance pod uticajem elektromagnetnog zračenja. Eksterni fotoefekat posmatrano u čvrste materije(metali, poluprovodnici, dielektrici), kao i u gasovima na pojedinačnim atomima i molekulima (fotojonizacija).

Interni fotoelektrični efekat – to su prijelazi elektrona unutar poluvodiča ili dielektrika uzrokovani elektromagnetnim zračenjem iz vezanih stanja u slobodna bez izlaska van. Kao rezultat, povećava se koncentracija nosilaca struje unutar tijela, što dovodi do pojave fotokonduktivnosti (povećanje električne provodljivosti poluvodiča ili dielektrika pri osvjetljenju) ili pojave elektromotorne sile (EMF).

Fotoefekat ventila je vrsta unutrašnjeg fotoelektričnog efekta - ovo je pojava emf (foto emf) pri osvjetljavanju kontakta dva različita poluvodiča ili poluvodiča i metala (u odsustvu vanjskog električnog polja). Fotoelektrični efekat ventila otvara put za direktnu konverziju sunčeve energije u električnu energiju.

Višefotonski fotoelektrični efekat moguće ako je intenzitet svjetlosti vrlo visok (na primjer, kada se koriste laserske zrake). U ovom slučaju, elektron koji emituje metal može istovremeno primiti energiju ne od jednog, već od nekoliko fotona.

Prve fundamentalne studije fotoelektričnog efekta sproveo je ruski naučnik A.G. Stoletov. Shematski dijagram za proučavanje fotoelektričnog efekta prikazano je na Sl. 2.1.


	Rice. 2.1	Rice. 2.2

Dvije elektrode (katoda TO od materijala koji se proučava i anode A, za koji je Stoletov koristio metalnu mrežicu) u vakuumskoj cijevi su spojeni na bateriju tako da pomoću potenciometra R Možete promijeniti ne samo vrijednost, već i predznak napona koji se primjenjuje na njih. Struja koja nastaje kada je katoda osvijetljena monokromatskom svjetlošću (kroz kvarcno staklo) mjeri se miliampermetrom spojenim na kolo.

J. J. Thompson i F. Lenard su 1899. dokazali da u fotoelektričnom efektu svjetlost izbacuje elektrone iz materije.

Strujno-naponska karakteristika (volt-amperska karakteristika) fotoelektričnog efekta – zavisnost od fotostruje I, formiran protokom elektrona, od napona, prikazan je na Sl. 2.2.

Ova zavisnost odgovara dvema različitim katodnim ozračenjima (frekvencija svetlosti je ista u oba slučaja). Kako se povećavate U Fotostruja se postepeno povećava, tj. Sve veći broj fotoelektroni stižu do anode. Ravna priroda krivulja pokazuje da se elektroni emituju sa katode različitim brzinama.

Maksimalna vrijednost fotostruja zasićenja je određena ovom vrijednošću napona U, pri čemu svi elektroni koje emituje katoda dolaze do anode:

Gdje n– broj elektrona koje emituje katoda u 1 s.

Iz strujno-naponske karakteristike slijedi, at U= 0 fotostruja ne nestaje. Posljedično, elektroni izbačeni iz katode imaju određenu početnu brzinu υ, a samim tim i kinetičku energiju različitu od nule, tako da mogu doći do katode bez vanjskog polja. Da bi fotostruja postala nula, potrebno je primijeniti napon zadržavanja . Kada nema elektrona, čak ni onih koji napuštaju katodu maksimalna brzina, ne može savladati polje usporavanja i doći do anode. dakle,