Kurš pētīja fotoelektrisko efektu? Lieliska naftas un gāzes enciklopēdija

Ievads

1. Fotoelektriskā efekta atklāšanas vēsture

2. Stoletova likumi

3. Einšteina vienādojums

4. Iekšējais fotoelektriskais efekts

5. Fotoelektriskā efekta fenomena pielietojums

Bibliogrāfija

Ievads

Daudzas optiskās parādības tika konsekventi izskaidrotas, pamatojoties uz idejām par gaismas viļņu raksturu. Taču 19. gadsimta beigās – 20. gadsimta sākumā. Tika atklātas un pētītas tādas parādības kā fotoelektriskais efekts, rentgena starojums, Komptona efekts, atomu un molekulu starojums, termiskais starojums un citas, kuru izskaidrojums no viļņu viedokļa izrādījās neiespējams. Jauno eksperimentālo faktu skaidrojums tika iegūts, pamatojoties uz korpuskulāriem priekšstatiem par gaismas dabu. Radās paradoksāla situācija saistībā ar pilnīgi pretēju viļņu un daļiņu fizisko modeļu izmantošanu optisko parādību izskaidrošanai. Dažās parādībās gaismai bija viļņu īpašības, citās - korpuskulāras īpašības.

Starp dažādajām parādībām, kurās izpaužas gaismas ietekme uz matēriju, nozīmīgu vietu ieņem fotoelektriskais efekts, tas ir, vielas elektronu emisija gaismas ietekmē. Šīs parādības analīze noveda pie idejas par gaismas kvantiem, un tai bija ārkārtīgi svarīga loma mūsdienu teorētisko koncepciju attīstībā. Tajā pašā laikā fotoelektriskais efekts tiek izmantots fotoelementos, kas ieguvuši ārkārtīgi plašu pielietojumu dažādās zinātnes un tehnikas jomās un sola vēl bagātākas perspektīvas.

1. Fotoelektriskā efekta atklāšanas vēsture

Fotoelektriskā efekta atklājums ir attiecināms uz 1887. gadu, kad Hercs atklāja, ka enerģētiskās dzirksteles spraugas elektrodu apgaismošana ar ultravioleto gaismu atvieglo dzirksteles pāreju starp tiem.

Herca atklāto fenomenu var novērot sekojošā viegli īstenojamā eksperimentā (1. att.).

Dzirksteles spraugas F izmērs ir izvēlēts tā, lai ķēdē, kas sastāv no transformatora T un kondensatora C, dzirkstele izslīd cauri ar grūtībām (vienu vai divas minūtes). Ja elektrodus F, kas izgatavoti no tīra cinka, apgaismo ar dzīvsudraba lampas Hg gaismu, tad kondensatora izlāde tiek ievērojami atvieglota: sāk lēkt dzirkstele. 1. Herca eksperimenta shēma.

Fotoelektrisko efektu 1905. gadā izskaidroja Alberts Einšteins (par to viņš saņēma a Nobela prēmija), pamatojoties uz Maksa Planka hipotēzi par gaismas kvantu dabu. Einšteina darbs ietvēra svarīgu jaunu hipotēzi – ja Planks ierosināja, ka gaisma izstaro tikai kvantētās porcijās, tad Einšteins jau uzskatīja, ka gaisma pastāv tikai kvantu daļu veidā. No idejas par gaismu kā daļiņām (fotoniem) uzreiz izriet Einšteina formula fotoelektriskajam efektam:

, ir izstarotā elektrona kinētiskā enerģija, ir noteiktas vielas darba funkcija, ir krītošās gaismas frekvence, ir Planka konstante, kas izrādījās tieši tāda pati kā Planka formulā melnā ķermeņa starojumam.

Šī formula nozīmē fotoelektriskā efekta sarkanās robežas esamību. Tādējādi fotoelektriskā efekta izpēte bija viens no pirmajiem kvantu mehāniskajiem pētījumiem.

2. Stoletova likumi

Pirmo reizi (1888–1890), detalizēti analizējot fotoelektriskā efekta fenomenu, krievu fiziķis A.G. Stoletovs ieguva principiāli svarīgus rezultātus. Atšķirībā no iepriekšējiem pētniekiem viņš paņēma nelielu potenciālu starpību starp elektrodiem. Stoletova eksperimenta shēma ir parādīta attēlā. 2.

Uz akumulatora ir piestiprināti divi elektrodi (viens režģa formā, otrs - plakans), kas atrodas vakuumā. Iegūtās strāvas mērīšanai tiek izmantots ķēdei pievienots ampērmetrs. Apstarojot katodu ar dažāda viļņa garuma gaismu, Stoletovs nonāca pie secinājuma, ka visvairāk efektīva darbība nodrošināt ultravioletos starus. Turklāt tika konstatēts, ka gaismas radītās strāvas stiprums ir tieši proporcionāls tās intensitātei.

1898. gadā Lenards un Tomsons izmantoja lādiņu novirzīšanas metodi elektriskās un magnētiskie lauki noteica īpatnējo uzlādēto daļiņu lādiņu, kas izmesti no att. 2. Stoletova eksperimenta shēma.

gaismu no katoda un saņēma izteiksmi

SGSE vienības s/g, kas sakrīt ar zināmo elektrona īpatnējo lādiņu. No tā izrietēja, ka gaismas ietekmē no katoda vielas tika izmesti elektroni.

Apkopojot iegūtos rezultātus, tika konstatēts sekojošais modeļiem fotoefekts:

1. Ar nemainīgu gaismas spektrālo sastāvu piesātinājuma fotostrāvas stiprums ir tieši proporcionāls gaismas plūsmai, kas krīt uz katoda.

2. Gaismas izmesto elektronu sākotnējā kinētiskā enerģija palielinās lineāri, palielinoties gaismas frekvencei un nav atkarīga no tās intensitātes.

3. Fotoelektriskais efekts nenotiek, ja gaismas frekvence ir mazāka par noteiktu katram metālam raksturīgo vērtību

, ko sauc par sarkano apmali.

Fotoelektriskā efekta pirmo likumsakarību, kā arī paša fotoelektriskā efekta rašanos var viegli izskaidrot, pamatojoties uz klasiskās fizikas likumiem. Patiešām, gaismas lauks, iedarbojoties uz elektroniem metāla iekšpusē, ierosina to vibrācijas. Piespiedu svārstību amplitūda var sasniegt tādu vērtību, pie kuras elektroni atstāj metālu; tad novērojams fotoelektriskais efekts.

Sakarā ar to, ka saskaņā ar klasiskā teorija Gaismas intensitāte ir tieši proporcionāla elektriskā vektora kvadrātam, izmesto elektronu skaits palielinās, palielinoties gaismas intensitātei.

Otrais un trešais fotoelektriskā efekta likums nav izskaidrojams ar klasiskās fizikas likumiem.

Fotostrāvas (3. att.), kas rodas, apstarojot metālu ar monohromatiskas gaismas plūsmu, atkarības izpēte no potenciālu starpības starp elektrodiem (šo atkarību parasti sauc par voltiem - ampēru raksturlielums fotostrāva), tika konstatēts, ka: 1) fotostrāva rodas ne tikai tad, kad

, bet arī ar ; 2) fotostrāva atšķiras no nulles līdz negatīvai potenciāla starpībai, kas ir stingri noteikta konkrētam metālam, tā sauktajam palēninājuma potenciālam; 3) bloķēšanas (aizkavēšanas) potenciāla lielums nav atkarīgs no krītošās gaismas intensitātes; 4) fotostrāva palielinās, samazinoties palēninājuma potenciāla absolūtajai vērtībai; 5) fotostrāvas stiprums palielinās, palielinoties un no noteiktas vērtības fotostrāva (tā sauktā piesātinājuma strāva) kļūst nemainīga; 6) piesātinājuma strāvas stiprums palielinās, palielinoties krītošās gaismas intensitātei; 7) aizkaves vērtība Att. 3. Raksturlielumi

potenciāls ir atkarīgs no krītošās gaismas frekvences; fotostrāva

8) gaismas iedarbībā izmesto elektronu ātrums nav atkarīgs no gaismas intensitātes, bet ir atkarīgs tikai no tās frekvences.

3. Einšteina vienādojums

Fotoelektriskā efekta fenomens un visi tā likumi ir labi izskaidroti, izmantojot gaismas kvantu teoriju, kas apstiprina gaismas kvantu dabu.

Kā jau minēts, Einšteins (1905), izstrādājot Planka kvantu teoriju, izvirzīja domu, ka ne tikai starojums un absorbcija, bet arī gaismas izplatīšanās notiek daļās (kvantos), kuru enerģija un impulss.

1. Fotoelektriskā efekta atklāšanas vēsture

2. Stoletova likumi

3. Einšteina vienādojums

4. Iekšējais fotoelektriskais efekts

5. Fotoelektriskā efekta fenomena pielietojums

Ievads

Fotoelektriskā efekta atklāšanas vēsture

Herca atklāto fenomenu var novērot sekojošā viegli īstenojamā eksperimentā (1. att.).

Fotoelektrisko efektu 1905. gadā skaidroja Alberts Einšteins (par to viņš 1921. gadā saņēma Nobela prēmiju), pamatojoties uz Maksa Planka hipotēzi par gaismas kvantu dabu. Einšteina darbs ietvēra svarīgu jaunu hipotēzi – ja Planks ierosināja, ka gaisma izstaro tikai kvantētās porcijās, tad Einšteins jau uzskatīja, ka gaisma pastāv tikai kvantu daļu veidā. No idejas par gaismu kā daļiņām (fotoniem) uzreiz izriet Einšteina formula fotoelektriskajam efektam:

kur ir izstarotā elektrona kinētiskā enerģija, ir noteiktas vielas darba funkcija, ir krītošās gaismas frekvence, ir Planka konstante, kas izrādījās tieši tāda pati kā Planka formulā melnā ķermeņa starojumam.

Šī formula nozīmē fotoelektriskā efekta sarkanās robežas esamību. Tādējādi fotoelektriskā efekta izpēte bija viens no pirmajiem kvantu mehāniskajiem pētījumiem.

Stoletova likumi

Uz akumulatora ir piestiprināti divi elektrodi (viens režģa formā, otrs - plakans), kas atrodas vakuumā. Iegūtās strāvas mērīšanai tiek izmantots ķēdei pievienots ampērmetrs. Apstarojot katodu ar dažāda viļņa garuma gaismu, Stoletovs nonāca pie secinājuma, ka ultravioletajiem stariem ir visefektīvākā iedarbība. Turklāt tika konstatēts, ka gaismas radītās strāvas stiprums ir tieši proporcionāls tās intensitātei.

1898. gadā Lenards un Tomsons, izmantojot metodi lādiņu novirzīšanai elektriskajos un magnētiskajos laukos, noteica īpatnējo uzlādēto daļiņu lādiņu, kas izmesti no 1. 2. Stoletova eksperimenta shēma.

gaismu no katoda un saņēma izteiksmi

SGSE vienības s/g, kas sakrīt ar zināmo elektrona īpatnējo lādiņu. No tā izrietēja, ka gaismas ietekmē no katoda vielas tika izmesti elektroni.

Apkopojot iegūtos rezultātus, tika konstatēts sekojošais modeļiem fotoefekts:

1. Ar nemainīgu gaismas spektrālo sastāvu piesātinājuma fotostrāvas stiprums ir tieši proporcionāls gaismas plūsmai, kas krīt uz katoda.

2. Gaismas izmesto elektronu sākotnējā kinētiskā enerģija palielinās lineāri, palielinoties gaismas frekvencei un nav atkarīga no tās intensitātes.

3. Fotoelektriskais efekts nenotiek, ja gaismas frekvence ir mazāka par noteiktu katram metālam raksturīgo vērtību, ko sauc par sarkano robežu.

Sakarā ar to, ka saskaņā ar klasisko teoriju gaismas intensitāte ir tieši proporcionāla elektriskā vektora kvadrātam, izmesto elektronu skaits palielinās, palielinoties gaismas intensitātei.

Otrais un trešais fotoelektriskā efekta likums nav izskaidrojams ar klasiskās fizikas likumiem.

Pētot fotostrāvas (3. att.), kas rodas, apstarojot metālu ar monohromatiskas gaismas plūsmu, atkarību no potenciālu starpības starp elektrodiem (šo atkarību parasti sauc par fotostrāvas volt-ampēru raksturlielumu), konstatēts, ka: 1) fotostrāva rodas ne tikai pie, bet arī pie; 2) fotostrāva atšķiras no nulles līdz negatīvai potenciāla starpībai, kas ir stingri noteikta konkrētam metālam, tā sauktajam palēninājuma potenciālam; 3) bloķēšanas (aizkavēšanas) potenciāla lielums nav atkarīgs no krītošās gaismas intensitātes; 4) fotostrāva palielinās, samazinoties palēninājuma potenciāla absolūtajai vērtībai; 5) fotostrāvas stiprums palielinās, palielinoties un no noteiktas vērtības fotostrāva (tā sauktā piesātinājuma strāva) kļūst nemainīga; 6) piesātinājuma strāvas stiprums palielinās, palielinoties krītošās gaismas intensitātei; 7) aizkaves vērtība Att. 3. Raksturlielumi

potenciāls ir atkarīgs no krītošās gaismas frekvences; fotostrāva

8) gaismas iedarbībā izmesto elektronu ātrums nav atkarīgs no gaismas intensitātes, bet ir atkarīgs tikai no tās frekvences.

Einšteina vienādojums

Fotoelektriskā efekta fenomens un visi tā likumi ir labi izskaidroti, izmantojot gaismas kvantu teoriju, kas apstiprina gaismas kvantu dabu.

kur ir vienības vektors, kas vērsts pa viļņu vektoru. Piemērojot enerģijas nezūdamības likumu metālu fotoelektriskā efekta parādībai, Einšteins ierosināja šādu formulu:

, (1)

kur ir elektrona darba funkcija no metāla un ir fotoelektrona ātrums. Pēc Einšteina domām, katru kvantu absorbē tikai viens elektrons, un daļa no krītošā fotona enerģijas tiek tērēta metāla elektrona darba funkcijas veikšanai, bet pārējā daļa elektronam piešķir kinētisko enerģiju.

Kā izriet no (1), fotoelektriskais efekts metālos var rasties tikai pie , pretējā gadījumā fotona enerģija būs nepietiekama, lai izrautu elektronu no metāla. Zemākā gaismas frekvence, kuras ietekmē rodas fotoelektriskais efekts, acīmredzot tiek noteikta no stāvokļa

Gaismas frekvenci, ko nosaka nosacījums (2), sauc par fotoelektriskā efekta “sarkano robežu”. Vārdam "sarkans" nav nekāda sakara ar gaismas krāsu, kurā rodas fotoelektriskais efekts. Atkarībā no metāla veida fotoelektriskā efekta “sarkanā maliņa” var atbilst sarkanai, dzeltenai, violetai, ultravioletajai gaismai utt.

Izmantojot Einšteina formulu, var izskaidrot citas fotoelektriskā efekta likumsakarības.

Pieņemsim, ka, t.i., starp anodu un katodu ir bremzēšanas potenciāls. Ja elektronu kinētiskā enerģija ir pietiekama, tad tie, pārvarot bremzēšanas lauku, rada fotostrāvu. Fotostrāvā piedalās tie elektroni, kuriem nosacījums ir izpildīts . Palēninājuma potenciāla lielumu nosaka no stāvokļa

, (3)

kur ir izmesto elektronu maksimālais ātrums. Rīsi. 4.

Aizstājot (3) ar (1), mēs iegūstam

Tādējādi palēninājuma potenciāla lielums nav atkarīgs no intensitātes, bet ir atkarīgs tikai no krītošās gaismas frekvences.

Metāla elektronu darba funkciju un Planka konstanti var noteikt, uzzīmējot atkarību no krītošās gaismas frekvences (4. att.). Kā redzat, segments, kas nogriezts no potenciālās ass, dod .

Sakarā ar to, ka gaismas intensitāte ir tieši proporcionāla fotonu skaitam, krītošās gaismas intensitātes palielināšanās izraisa izmesto elektronu skaita palielināšanos, t.i., fotostrāvas palielināšanos.

Einšteina formulai fotoelektriskajam efektam nemetālos ir forma

Saistītā elektrona noņemšana no atoma nemetālos ir izskaidrojama ar to, ka atšķirībā no metāliem, kur ir brīvie elektroni, nemetālos elektroni atrodas stāvoklī, kas saistīts ar atomiem. Acīmredzot, kad gaisma krīt uz nemetāliem, daļa gaismas enerģijas tiek tērēta fotoelektriskajam efektam atomā - elektrona atdalīšanai no atoma, bet atlikusī daļa tiek tērēta elektrona darba funkcijai un piešķiršanai. kinētiskā enerģija elektronam.

Vadības elektroni spontāni neatstāj metālu ievērojamos daudzumos. Tas izskaidrojams ar to, ka metāls tiem ir potenciāls caurums. Tikai tie elektroni, kuru enerģija ir pietiekama, lai pārvarētu uz virsmas esošo potenciālo barjeru, spēj atstāt metālu. Spēkiem, kas izraisa šo barjeru, ir šāda izcelsme. Elektrona nejauša noņemšana no ārējā slāņa pozitīvie joni režģis noved pie pārmērīga pozitīva lādiņa parādīšanās vietā, kur elektrons atstāja. Kulona mijiedarbība ar šo lādiņu liek elektronam, kura ātrums nav ļoti liels, atgriezties atpakaļ. Tādējādi atsevišķi elektroni pastāvīgi atstāj metāla virsmu, attālinās no tās vairākus starpatomiskus attālumus un pēc tam pagriežas atpakaļ. Tā rezultātā metālu ieskauj plāns elektronu mākonis. Šis mākonis kopā ar ārējo jonu slāni veido dubultu elektrisko slāni (5. att.; apļi ir joni, melnie punkti ir elektroni). Spēki, kas iedarbojas uz elektronu šādā slānī, tiek novirzīti metālā. Darbs, kas veikts pret šiem spēkiem, pārvietojot elektronu no metāla uz āru, palielina elektrona potenciālo enerģiju (5. att.).

Tādējādi valences elektronu potenciālā enerģija metāla iekšpusē ir mazāka nekā ārpus metāla par summu, kas vienāda ar potenciālās iedobes dziļumu (6. att.). Enerģijas izmaiņas notiek vairāku starpatomu attālumu garumā, tāpēc urbuma sienas var uzskatīt par vertikālām.

Elektronu potenciālā enerģija Fig. 6.

un tā punkta potenciāls, kurā atrodas elektrons, ir pretējas zīmes. No tā izriet, ka potenciāls metāla iekšpusē ir par lielumu lielāks nekā potenciāls tiešā tā virsmas tuvumā.

Pārmērīga pozitīva lādiņa piešķiršana metālam palielina potenciālu gan uz metāla virsmas, gan iekšpusē. Elektrona potenciālā enerģija attiecīgi samazinās (7. att., a).

Par atskaites punktu tiek ņemtas potenciālās un potenciālās enerģijas vērtības bezgalībā. Negatīvā lādiņa ziņojums samazina potenciālu metāla iekšpusē un ārpusē. Attiecīgi palielinās elektrona potenciālā enerģija (7. att., b).

Elektrona kopējā enerģija metālā sastāv no potenciālās un kinētiskās enerģijas. Pie absolūtās nulles vadītspējas elektronu kinētiskās enerģijas vērtības svārstās no nulles līdz enerģijas līmenim, kas sakrīt ar Fermi līmeni. Attēlā 8, vadītspējas joslas enerģijas līmeņi ir ierakstīti potenciālā iedobē (punktētā līnija parāda neaizņemtos līmeņus pie 0K). Lai tos noņemtu no metāla, dažādiem elektroniem jāpiešķir dažādas enerģijas. Tātad elektrons, kas atrodas pašā zemāks līmenis vadīšanas zona, ir nepieciešams piešķirt enerģiju; elektronam, kas atrodas Fermi līmenī, ir pietiekami daudz enerģijas .

Zemākā enerģija, kas jānosūta elektronam, lai to izņemtu no cieta vai šķidra ķermeņa vakuumā. darba funkcija. Elektrona no metāla darba funkciju nosaka izteiksme

Mēs ieguvām šo izteiksmi, pieņemot, ka metāla temperatūra ir 0K. Citās temperatūrās darba funkcija tiek definēta arī kā starpība starp potenciālās akas dziļumu un Fermi līmeni, t.i., definīcija (4) tiek attiecināta uz jebkuru temperatūru. Tāda pati definīcija attiecas uz pusvadītājiem.

Fermi līmenis ir atkarīgs no temperatūras. Turklāt, ņemot vērā vidējo attālumu starp atomiem izmaiņas termiskās izplešanās dēļ, potenciālās urbuma dziļums nedaudz mainās. Tā rezultātā darba funkcija ir nedaudz atkarīga no temperatūras.

Darba funkcija ir ļoti jutīga pret metāla virsmas stāvokli, jo īpaši uz tās tīrību. Pareizi izvēloties att. 8.

virsmas pārklājums, darba funkciju var ievērojami samazināt. Piemēram, uzklājot uz volframa virsmas sārmzemju metālu oksīda (Ca, Sr, Ba) slāni, darba funkcija samazinās no 4,5 eV (tīram W) līdz 1,5 – 2 eV.

Iekšējais fotoelektriskais efekts

Iepriekš mēs runājām par elektronu izdalīšanos no vielas apgaismotās virsmas un to pāreju uz citu vidi, jo īpaši uz vakuumu. Šo elektronu emisiju sauc fotoelektronu emisija, un pati parādība ārējais fotoefekts. Kopā ar to, t.s iekšējais fotoelektriskais efekts, kurā, atšķirībā no ārējā, optiski ierosinātie elektroni paliek apgaismotā ķermeņa iekšpusē, nepārkāpjot tā neitralitāti. Šajā gadījumā vielā mainās lādiņnesēju koncentrācija vai to mobilitāte, kas izraisa vielas elektrisko īpašību izmaiņas gaismas ietekmē. Iekšējais fotoelektriskais efekts ir raksturīgs tikai pusvadītājiem un dielektriķiem. To jo īpaši var noteikt pēc apgaismotu viendabīgu pusvadītāju vadītspējas izmaiņām. Pamatojoties uz šo fenomenu - fotovadītspēja ir izveidota liela gaismas uztvērēju grupa, kas tiek pastāvīgi pilnveidota - fotorezistori. Tie galvenokārt izmanto kadmija selenīdu un sulfīdu.

Neviendabīgos pusvadītājos līdz ar vadītspējas izmaiņām tiek novērota arī potenciālu starpības veidošanās (foto - emf). Šī parādība (fotogalvaniskais efekts) ir saistīta ar to, ka pusvadītāju vadītspējas viendabīguma dēļ vadītāja tilpumā notiek telpiska atdalīšanās no optiski ierosinātiem elektroniem, kas nes negatīvu lādiņu, un mikrozonām (caurumiem), kas rodas to atomu tiešā tuvumā, no kuriem ir atrauts elektroni, un līdzīgi daļiņām, kas nes pozitīvu elementāru lādiņu. Elektroni un caurumi tiek koncentrēti dažādos pusvadītāja galos, kā rezultātā rodas elektromotora spēks, kura dēļ tas tiek ģenerēts, neizmantojot ārēju emf. elektrība slodzē, kas savienota paralēli ar apgaismotu pusvadītāju. Tādā veidā tiek panākta tieša gaismas enerģijas pārvēršana elektroenerģijā. Šī iemesla dēļ fotoelektriskos gaismas uztvērējus izmanto ne tikai gaismas signālu ierakstīšanai, bet arī elektriskās ķēdēs kā elektroenerģijas avotus.

Galvenie rūpnieciski ražotie šādu uztvērēju veidi ir uz selēna un sudraba sulfīda bāzes. Ļoti izplatīts ir arī silīcijs, germānija un vairāki savienojumi – GaAs, InSb, CdTe un citi. Fotoelementi, ko izmanto, lai pārveidotu saules enerģiju elektroenerģijā, ir kļuvuši īpaši plaši izplatīti kosmosa izpētē kā borta enerģijas avoti. Viņiem ir salīdzinoši augsts koeficients noderīga darbība(līdz 20%) ir ļoti ērti kosmosa kuģa autonoma lidojuma apstākļos. Mūsdienu saules baterijās atkarībā no pusvadītāju materiāla foto - emf. sasniedz 1 - 2 V, strāvas uztveršana no vairākiem desmitiem miliamperu, un uz 1 kg masas izejas jauda sasniedz simtiem vatu.

FOTO EFEKTS, parādību grupa, kas saistīta ar cieta ķermeņa elektronu atbrīvošanos no intraatomiskām saitēm elektromagnētiskā starojuma ietekmē. Ir: 1) ārējais fotoelektriskais efekts jeb fotoelektronu emisija, elektronu emisija no virsmas... ... Mūsdienu enciklopēdija

Parādība, kas saistīta ar elektronu izdalīšanos no cietas (vai šķidruma) elektromagnētiskā starojuma ietekmē. Ir:..1) ārējais fotoelektriskais efekts, elektronu emisija gaismas ietekmē (fotoelektronu emisija), ? starojums utt.;..2)… … Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

Elektronu emisija gaisā elektrības ietekmē. mag. starojums. F. tika atvērts 1887. gadā. fiziķis G. Hercs. Pirmie līdzekļi. F. pētījumu veica A. G. Stoletovs (1888), pēc tam vācietis. fiziķis F. Lenards (1899). Pirmais ir teorētisks. likumu skaidrojums... Fiziskā enciklopēdija

Lietvārds, sinonīmu skaits: 2 fotoefekts (1) efekts (29) ASIS sinonīmu vārdnīca. V.N. Trišins. 2013… Sinonīmu vārdnīca

fotoefekts- - [V.A.Semenovs. Angļu-krievu releju aizsardzības vārdnīca] Tēmas releju aizsardzība LV fotoefekts ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

FOTO EFEKTS- (1) vārsta elektromotora spēka ģenerēšana (fotoEMF) starp diviem atšķirīgiem pusvadītājiem vai starp pusvadītāju un metālu elektromagnētiskā starojuma ietekmē; (2) F. ārējā (fotoelektronu emisija) elektronu emisija ar ... Lielā Politehniskā enciklopēdija

A; m. Fiz. Vielas īpašību izmaiņas gaismas enerģijas ietekmē; fotoelektriskais efekts. * * * Fotoelektriskais efekts ir parādība, kas saistīta ar elektronu izdalīšanos no cietas (vai šķidruma) elektromagnētiskā starojuma ietekmē. Atšķirt: ... ... enciklopēdiskā vārdnīca

Vielas elektronu emisija elektromagnētiskā starojuma ietekmē (fotoni). F. 1887. gadā atklāja G. Hercs. Pirmkārt fundamentālie pētījumi F, izgatavots A. G. Stoletovs (1888). Viņš konstatēja, ka, iestājoties fotostrāvai in...... Liels Padomju enciklopēdija

- (skat. foto... + afekts) fiziska. vielas elektrisko īpašību izmaiņas elektromagnētiskā starojuma (gaismas, ultravioleto, rentgena un citu staru) ietekmē, piemēram, elektronu emisija uz āru gaismas ietekmē (ārējā f.), izmaiņas . .. ... Krievu valodas svešvārdu vārdnīca

Grāmatas

, P.S. Tartakovskis. Pārpublicēts 1940. gada izdevuma oriģinālajā autora pareizrakstībā (izdevniecība GITTL). IN…
Iekšējais fotoelektriskais efekts dielektriķos, P.S. Tartakovskis. Šī grāmata tiks izgatavota saskaņā ar jūsu pasūtījumu, izmantojot tehnoloģiju Drukāt pēc pieprasījuma. Pārpublicēts 1940. gada izdevuma oriģinālā autora pareizrakstībā (izdevniecība GITTL...

1. lapa

Fotoelektriskā efekta fenomens, ko 1887. gadā atklāja Hercs un detalizēti pētīja A. G. Stoletovs, ir tāds, ka metāli (vai pusvadītāji) izstaro elektronus, kad tie tiek pakļauti gaismai. Izskaidrojiet fotoelektrisko efektu, pamatojoties uz viļņu teorija gaisma nav iespējama. Tomēr elektronu emisija tiek novērota uzreiz pēc metāla apgaismošanas. Turklāt saskaņā ar viļņu teoriju metāla emitēto elektronu enerģijai E3 jābūt proporcionālai krītošās gaismas intensitātei. Tomēr tika konstatēts, ka Ee nav atkarīgs no gaismas intensitātes, bet ir atkarīgs no tās frekvences, palielinoties, palielinoties v; intensitātes pieaugums tikai noved pie tā, ka palielinās no metāla izstaroto elektronu skaits.

Fotoelektriskā efekta parādība ir saistīta ar elektronu izmešanu no vielas gaismas ietekmē. Šīs parādības galvenās iezīmes ir šādas. Gaismas stars, kas krīt uz metāla virsmas, atbrīvo no metāla elektronus ar nosacījumu, ka gaismas frekvence ir virs noteiktas kritiskās vērtības atkarībā no metāla veida. Laika vienībā izmesto elektronu skaits ar nemainīgu starojuma spektrālo sastāvu ir proporcionāls gaismas plūsmai, kas krīt uz metāla virsmu.

Germānija fotodiodes statiskie raksturlielumi.

Fotoelektriskā efekta fenomenu var izmantot arī pn krustojumā, kuram tiek pielikts apgrieztais spriegums.

Fotoelektriskā efekta parādība tiek atklāta, apgaismojot cinka plāksni, kas savienota ar elektrometra stieni.

Fotoelektriskā efekta fenomens, ko 1889. gadā atklāja A. G. Stoletovs, ir tāds, ka metāli (vai pusvadītāji) izstaro elektronus, pakļaujoties gaismai. Fotoelektrisko efektu nav iespējams izskaidrot, pamatojoties uz gaismas viļņu teoriju. Tomēr elektronu emisija tiek novērota uzreiz pēc metāla apgaismošanas. Turklāt saskaņā ar viļņu teoriju metāla izstaroto elektronu enerģijai Ea jābūt proporcionālai krītošās gaismas intensitātei. Tomēr tika konstatēts, ka Ee nav atkarīgs no gaismas intensitātes, bet ir atkarīgs no tās frekvences, palielinoties, palielinoties v; intensitātes pieaugums tikai noved pie tā, ka palielinās no metāla izstaroto elektronu skaits.

Fotoelektriskā efekta fenomens, ko 1888. gadā atklāja A. G. Stoletovs, ir gaismas iedarbības rezultātā no virsmas. dažādi ķermeņi izdalās elektroni, kā rezultātā ķermenis iegūst lādiņu. Turklāt šī parādība tiek novērota tikai tad, ja gaismas kvanta enerģija ir lielāka par darbu, kas nepieciešams, lai noņemtu elektronu no konkrētās vielas virsmas un piešķirtu tai zināmu kinētisko enerģiju.

Fotoelektriskā efekta parādība ir tāda, ka gaismas stari krīt uz jebkuru ķermeni (neatkarīgi no tā ķīmiskā rakstura un fiziskais stāvoklis), izsit no tā elektronus.

Pirmo reizi fotoelektriskā efekta fenomenu 1819. gadā atklāja krievu ķīmiķis Grotuss.

Fotoelektriskā efekta fenomenu Hercs pirmo reizi pamanīja 1887. gadā. Hercs atklāja, ka dzirksteļspraugas apstarošana ultravioletie stari atvieglo izdalīšanos.

Fotoelektriskā efekta būtība ir tāda, ka, izgaismojot metālu vai pusvadītāju virsmu, starojuma enerģijas daļiņas iekļūst apgaismotā ķermeņa virsmas slāņos un piešķir tā elektroniem papildu enerģiju. Tā rezultātā apgaismotā ķermeņa elektroni sāk kustēties lielā ātrumā un atstāj savas parastās kustības orbītas. Šo apgaismota ķermeņa elektronu kustības paātrinājuma parādību starojuma enerģijas ietekmē sauc par fotoelektrisko efektu.

Fotoelektriskajā efektā elektronus, kas izmesti no metāla virsmas ar starojumu ar frekvenci 2 - 104 Hz, bremzēšanas lauks pilnībā aizkavē pie potenciālu starpības 7 V, bet frekvencē 4 - 101 Hz - pie potenciālu starpības. no 15 V.

Planka hipotēze, kas izcili atrisināja melnā ķermeņa termiskā starojuma problēmu, tika apstiprināta un tālākai attīstībai skaidrojot fotoelektrisko efektu, fenomenu, kura atklāšanai un izpētei bija liela nozīme kvantu teorijas attīstībā. 1887. gadā G. Hercs atklāja, ka negatīvo elektrodu apgaismojot ar ultravioletajiem stariem, izlāde starp elektrodiem notiek pie zemāka sprieguma. Šī parādība, kā liecina V. Galvāka (1888) un A.G. eksperimenti. Stoletovs (1888–1890) sakarā ar negatīvo lādiņu izspiešanu no elektroda gaismas ietekmē. Elektrons vēl nebija atklāts. Tikai 1898. gadā Dž.Dž. Tompsons un F. Leonards, izmērījuši ķermeņa izstaroto daļiņu īpatnējo lādiņu, konstatēja, ka tie ir elektroni.

Ir ārējie, iekšējie, vārtu un daudzfotonu fotoefekti.

Ārējais fotoefekts ir vielas elektronu emisija elektromagnētiskā starojuma ietekmē. Ārējais fotoefekts gadā novērots cietvielas(metāli, pusvadītāji, dielektriķi), kā arī gāzēs uz atsevišķiem atomiem un molekulām (fotojonizācija).

Iekšējais fotoelektriskais efekts – tās ir elektronu pārejas pusvadītājā vai dielektrikā, ko izraisa elektromagnētiskais starojums no saistītajiem stāvokļiem uz brīviem, neizkļūstot ārpusē. Tā rezultātā palielinās strāvas nesēju koncentrācija ķermeņa iekšienē, kas izraisa fotovadītspējas parādīšanos (pusvadītāja vai dielektriķa elektriskās vadītspējas palielināšanos, kad tas tiek apgaismots) vai elektromotora spēka (EMF) parādīšanās.

Vārsta fotoefekts ir iekšējā fotoelektriskā efekta veids - tas ir emf (foto emf) rašanās, apgaismojot divu dažādu pusvadītāju vai pusvadītāja un metāla kontaktu (ja nav ārēja elektriskā lauka). Vārsta fotoelektriskais efekts paver ceļu tiešai saules enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā.

Daudzfotonu fotoelektriskais efekts iespējams, ja gaismas intensitāte ir ļoti augsta (piemēram, izmantojot lāzera starus). Šajā gadījumā metāla izstarotais elektrons var vienlaikus saņemt enerģiju nevis no viena, bet no vairākiem fotoniem.

Pirmos fundamentālos fotoelektriskā efekta pētījumus veica krievu zinātnieks A.G. Stoletovs. Shematiska diagramma fotoelektriskā efekta izpētei parādīts att. 2.1.


	Rīsi. 2.1	Rīsi. 2.2

Divi elektrodi (katods UZ no pētāmā materiāla un anoda A, kuriem Stoletovs izmantoja metāla sietu) vakuuma caurulē ir savienoti ar akumulatoru tā, lai, izmantojot potenciometru R Varat mainīt ne tikai vērtību, bet arī tiem pielietotā sprieguma zīmi. Strāvu, kas rodas, kad katods tiek apgaismots ar monohromatisku gaismu (caur kvarca stiklu), mēra ar ķēdei pievienotu miliammetru.

1899. gadā J. J. Thompson un F. Lenard pierādīja, ka fotoelektriskajā efektā gaisma izsit elektronus no matērijas.

Fotoelektriskā efekta strāvas-sprieguma raksturlielums (voltu-ampēru raksturlielums) fotostrāvas atkarība es, ko veido elektronu plūsma no sprieguma, ir parādīts attēlā. 2.2.

Šī atkarība atbilst diviem dažādiem katoda izstarojumiem (gaismas frekvence abos gadījumos ir vienāda). Palielinoties U Fotostrāva pakāpeniski palielinās, t.i. Visi lielāks skaits fotoelektroni sasniedz anodu. Līkņu plakanais raksturs parāda, ka elektroni tiek emitēti no katoda dažādos ātrumos.

Maksimālā vērtība piesātinājuma fotostrāva nosaka šī sprieguma vērtība U, kurā visi katoda emitētie elektroni sasniedz anodu:

Kur n– katoda izstaroto elektronu skaits 1 s.

No strāvas-sprieguma raksturlīknes izriet, pie U= 0 fotostrāva nepazūd. Līdz ar to elektroniem, kas izsisti no katoda, ir noteikts sākotnējais ātrums υ un līdz ar to kinētiskā enerģija, kas nav nulle, tāpēc tie var sasniegt katodu bez ārējā lauka. Lai fotostrāva kļūtu par nulli, ir jāpieliek turēšanas spriegums . Kad neviens no elektroniem, pat tie, kas atstāj katodu maksimālais ātrums, nevar pārvarēt aizkavējošo lauku un sasniegt anodu. Tāpēc