Cine a cercetat efectul fotoelectric. Marea enciclopedie a petrolului și gazelor

Introducere

1. Istoria descoperirii efectului fotoelectric

2. Legile lui Stoletov

3. Ecuația lui Einstein

4. Efect fotoelectric intern

5. Aplicarea fenomenului de efect foto

Bibliografie

Introducere

Numeroase fenomene optice au fost explicate în mod constant pe baza ideilor despre natura ondulatorie a luminii. Cu toate acestea, la sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX. au fost descoperite și studiate fenomene precum efectul fotoelectric, radiația cu raze X, efectul Compton, radiația atomilor și moleculelor, radiația termică și altele, a căror explicație din punctul de vedere al valurilor s-a dovedit a fi imposibilă. Explicația noilor fapte experimentale a fost obținută pe baza conceptelor corpusculare ale naturii luminii. A apărut o situație paradoxală asociată cu utilizarea unor modele fizice complet opuse de unde și particule pentru a explica fenomenele optice. În unele fenomene, lumina a arătat proprietăți ondulatorii, în altele - corpusculare.

Printre diversele fenomene în care se manifestă efectul luminii asupra unei substanțe, un loc important îl ocupă efect fotoelectric, adică emisia de electroni de către o substanță sub influența luminii. Analiza acestui fenomen a condus la conceptul de cuante de lumină și a jucat un rol extrem de important în dezvoltarea conceptelor teoretice moderne. În același timp, efectul fotoelectric este utilizat în celulele fotovoltaice, care sunt extrem de utilizate pe scară largă în diverse domenii ale științei și tehnologiei și promit perspective și mai bogate.

1. Istoria descoperirii efectului fotoelectric

Descoperirea efectului fotoelectric datează din 1887, când Hertz a descoperit că iluminarea unui eclator alimentat cu lumină ultravioletă a făcut mai ușor ca scânteia să alunece între ele.

Fenomenul descoperit de Hertz poate fi observat în următorul experiment ușor de implementat (Fig. 1).

Mărimea eclatorului F este selectată în așa fel încât într-un circuit format dintr-un transformator T și un condensator C, scânteia să sară cu dificultate (o dată sau de două ori pe minut). Dacă electrozii F, din zinc pur, sunt iluminați cu lumina unei lămpi cu mercur Hg, atunci descărcarea condensatorului este mult facilitată: scânteia începe să alunece prin Fig. 1. Schema experimentului Hertz.

Efectul fotoelectric a fost explicat în 1905 de Albert Einstein (pentru care a primit Premiul Nobel în 1921) pe baza ipotezei Max Planck a naturii cuantice a luminii. Lucrarea lui Einstein conținea o nouă ipoteză importantă – dacă Planck presupunea că lumina este emisă doar în porțiuni cuantificate, atunci Einstein credea deja că lumina există doar sub formă de porțiuni cuantice. Din ideea luminii ca particule (fotoni), urmează imediat formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric:

, Este energia cinetică a electronului emis, este funcția de lucru pentru o substanță dată, este frecvența luminii incidente, este constanta Planck, care s-a dovedit a fi exact aceeași ca în formula Planck pentru radiația unui corp absolut negru.

Din această formulă rezultă existența marginii roșii a efectului fotoelectric. Astfel, studiile asupra efectului fotoelectric au fost printre cele mai vechi studii de mecanică cuantică.

2. Legile lui Stoletov

Pentru prima dată (1888–1890), analizând în detaliu fenomenul efectului fotoelectric, fizicianul rus A.G. Stoletov a obținut rezultate fundamental importante. Spre deosebire de cercetătorii anteriori, el a luat o mică diferență de potențial între electrozi. Schema experimentului lui Stoletov este prezentată în Fig. 2.

Doi electrozi (unul sub formă de grilă, celălalt plat), amplasați în vid, sunt atașați la baterie. Un ampermetru inclus în circuit este utilizat pentru a măsura curentul rezultat. Prin iradierea catodului cu lumină de diferite lungimi de undă, Stoletov a ajuns la concluzia că razele ultraviolete au cel mai eficient efect. În plus, s-a constatat că puterea curentului generat de lumină este direct proporțională cu intensitatea acesteia.

În 1898, Lenard și Thomson, folosind metoda de deviere a sarcinilor în câmpurile electrice și magnetice, au determinat sarcina specifică a particulelor încărcate ejectate din Fig. 2. Schema experimentului lui Stoletov.

lumina de la catod și a primit expresia

unități SGSE s / g, care coincide cu sarcina specifică cunoscută a electronului. De aici a rezultat că sub acțiunea luminii, electronii sunt scoși din substanța catodului.

Prin sintetizarea rezultatelor obținute s-au stabilit următoarele. modele efect foto:

1. Cu o compoziție spectrală constantă a luminii, fotocurentul de saturație este direct proporțional cu fluxul de lumină incident pe catod.

2. Energia cinetică inițială a electronilor smulși de lumină crește liniar odată cu creșterea frecvenței luminii și nu depinde de intensitatea acesteia.

3. Efectul fotoelectric nu are loc dacă frecvența luminii este mai mică decât o anumită valoare caracteristică fiecărui metal

numită chenar roșu.

Prima regularitate a efectului fotoelectric, precum și apariția efectului fotoelectric în sine, pot fi explicate cu ușurință pe baza legilor fizicii clasice. Într-adevăr, câmpul luminos, care acționează asupra electronilor din interiorul metalului, excită oscilațiile acestora. Amplitudinea vibrațiilor forțate poate atinge o asemenea valoare la care electronii părăsesc metalul; apoi se observă fotoefectul.

Datorită faptului că, conform teoriei clasice, intensitatea luminii este direct proporțională cu pătratul vectorului electric, numărul de electroni ejectați crește odată cu creșterea intensității luminii.

A doua și a treia regularitate ale efectului fotoelectric nu sunt explicate de legile fizicii clasice.

Studiind dependența fotocurentului (Fig. 3), care apare atunci când metalul este iradiat cu un flux de lumină monocromatică, de diferența de potențial dintre electrozi (această dependență se numește de obicei caracteristica volt-amperi a fotocurentului), se s-a constatat că: 1) fotocurentul apare nu numai când

, dar și la; 2) fotocurentul este diferit de la zero la o valoare negativă a diferenței de potențial definită strict pentru un metal dat, așa-numitul potențial de întârziere; 3) valoarea potenţialului de blocare (întârziere) nu depinde de intensitatea luminii incidente; 4) fotocurentul crește odată cu scăderea valorii absolute a potențialului de întârziere; 5) valoarea fotocurentului crește odată cu creșterea și de la o anumită valoare fotocurentul (așa-numitul curent de saturație) devine constant; 6) curentul de saturație crește odată cu creșterea intensității luminii incidente; 7) valoarea retardantului Fig. 3. Caracteristică

potențialul depinde de frecvența luminii incidente; fotocurent.

8) viteza electronilor smulși sub influența luminii nu depinde de intensitatea luminii, ci depinde doar de frecvența acesteia.

3. ecuația lui Einstein

Fenomenul efectului fotoelectric și toate regularitățile sale sunt bine explicate folosind teoria cuantică a luminii, care confirmă natura cuantică a luminii.

După cum sa menționat deja, Einstein (1905), dezvoltând teoria cuantică a lui Planck, a prezentat ideea că nu numai emisia și absorbția, ci și propagarea luminii are loc în porțiuni (quanta), a căror energie și impuls.

1. Istoria descoperirii efectului fotoelectric

2. Legile lui Stoletov

3. Ecuația lui Einstein

4. Efect fotoelectric intern

5. Aplicarea fenomenului de efect foto

Introducere

Numeroase fenomene optice au fost explicate în mod constant pe baza ideilor despre natura ondulatorie a luminii. Cu toate acestea, la sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX. au fost descoperite și studiate fenomene precum efectul fotoelectric, radiația cu raze X, efectul Compton, radiația atomilor și moleculelor, radiația termică și altele, a căror explicație din punctul de vedere al valurilor s-a dovedit a fi imposibilă. Explicația noilor fapte experimentale a fost obținută pe baza conceptelor corpusculare ale naturii luminii. A apărut o situație paradoxală asociată cu utilizarea unor modele fizice complet opuse de unde și particule pentru a explica fenomenele optice. În unele fenomene, lumina a arătat proprietăți ondulatorii, în altele - corpusculare.

Printre diversele fenomene în care se manifestă efectul luminii asupra unei substanțe, un loc important îl ocupă efect fotoelectric, adică emisia de electroni de către o substanță sub influența luminii. Analiza acestui fenomen a condus la conceptul de cuante de lumină și a jucat un rol extrem de important în dezvoltarea conceptelor teoretice moderne. În același timp, efectul fotoelectric este utilizat în celulele fotovoltaice, care sunt extrem de utilizate pe scară largă în diverse domenii ale științei și tehnologiei și promit perspective și mai bogate.

Istoria descoperirii efectului foto

Descoperirea efectului fotoelectric datează din 1887, când Hertz a descoperit că iluminarea unui eclator alimentat cu lumină ultravioletă a făcut mai ușor ca scânteia să alunece între ele.

Fenomenul descoperit de Hertz poate fi observat în următorul experiment ușor de implementat (Fig. 1).

Mărimea eclatorului F este selectată în așa fel încât într-un circuit format dintr-un transformator T și un condensator C, scânteia să sară cu dificultate (o dată sau de două ori pe minut). Dacă electrozii F, din zinc pur, sunt iluminați cu lumina unei lămpi cu mercur Hg, atunci descărcarea condensatorului este mult facilitată: scânteia începe să alunece prin Fig. 1. Schema experimentului Hertz.

Efectul fotoelectric a fost explicat în 1905 de Albert Einstein (pentru care a primit Premiul Nobel în 1921) pe baza ipotezei Max Planck a naturii cuantice a luminii. Lucrarea lui Einstein conținea o nouă ipoteză importantă – dacă Planck presupunea că lumina este emisă doar în porțiuni cuantificate, atunci Einstein credea deja că lumina există doar sub formă de porțiuni cuantice. Din ideea luminii ca particule (fotoni), urmează imediat formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric:

unde este energia cinetică a electronului emis, este funcția de lucru pentru o substanță dată, este frecvența luminii incidente, este constanta lui Planck, care s-a dovedit a fi exact aceeași ca în formula lui Planck pentru radiația unui negru absolut corp.

Din această formulă rezultă existența marginii roșii a efectului fotoelectric. Astfel, studiile asupra efectului fotoelectric au fost printre cele mai vechi studii de mecanică cuantică.

legile lui Stoletov

Pentru prima dată (1888–1890), analizând în detaliu fenomenul efectului fotoelectric, fizicianul rus A.G. Stoletov a obținut rezultate fundamental importante. Spre deosebire de cercetătorii anteriori, el a luat o mică diferență de potențial între electrozi. Schema experimentului lui Stoletov este prezentată în Fig. 2.

Doi electrozi (unul sub formă de grilă, celălalt plat), amplasați în vid, sunt atașați la baterie. Un ampermetru inclus în circuit este utilizat pentru a măsura curentul rezultat. Prin iradierea catodului cu lumină de diferite lungimi de undă, Stoletov a ajuns la concluzia că razele ultraviolete au cel mai eficient efect. În plus, s-a constatat că puterea curentului generat de lumină este direct proporțională cu intensitatea acesteia.

În 1898, Lenard și Thomson, folosind metoda de deviere a sarcinilor în câmpurile electrice și magnetice, au determinat sarcina specifică a particulelor încărcate ejectate din Fig. 2. Schema experimentului lui Stoletov.

lumina de la catod și a primit expresia

unități SGSE s / g, care coincide cu sarcina specifică cunoscută a electronului. De aici a rezultat că sub acțiunea luminii, electronii sunt scoși din substanța catodului.

Prin sintetizarea rezultatelor obținute s-au stabilit următoarele. modele efect foto:

1. Cu o compoziție spectrală constantă a luminii, fotocurentul de saturație este direct proporțional cu fluxul de lumină incident pe catod.

2. Energia cinetică inițială a electronilor smulși de lumină crește liniar odată cu creșterea frecvenței luminii și nu depinde de intensitatea acesteia.

3. Efectul fotoelectric nu are loc dacă frecvența luminii este mai mică decât o anumită valoare caracteristică fiecărui metal, numită margine roșie.

Prima regularitate a efectului fotoelectric, precum și apariția efectului fotoelectric în sine, pot fi explicate cu ușurință pe baza legilor fizicii clasice. Într-adevăr, câmpul luminos, care acționează asupra electronilor din interiorul metalului, excită oscilațiile acestora. Amplitudinea vibrațiilor forțate poate atinge o asemenea valoare la care electronii părăsesc metalul; apoi se observă fotoefectul.

Datorită faptului că, conform teoriei clasice, intensitatea luminii este direct proporțională cu pătratul vectorului electric, numărul de electroni ejectați crește odată cu creșterea intensității luminii.

A doua și a treia regularitate ale efectului fotoelectric nu sunt explicate de legile fizicii clasice.

Studiind dependența fotocurentului (Fig. 3), care apare atunci când metalul este iradiat cu un flux de lumină monocromatică, de diferența de potențial dintre electrozi (această dependență se numește de obicei caracteristica volt-amper a fotocurentului), se s-a constatat că: 1) fotocurentul apare nu numai la, ci și la; 2) fotocurentul este diferit de la zero la o valoare negativă a diferenței de potențial definită strict pentru un metal dat, așa-numitul potențial de întârziere; 3) valoarea potenţialului de blocare (întârziere) nu depinde de intensitatea luminii incidente; 4) fotocurentul crește odată cu scăderea valorii absolute a potențialului de întârziere; 5) valoarea fotocurentului crește odată cu creșterea și de la o anumită valoare fotocurentul (așa-numitul curent de saturație) devine constant; 6) curentul de saturație crește odată cu creșterea intensității luminii incidente; 7) valoarea retardantului Fig. 3. Caracteristică

potențialul depinde de frecvența luminii incidente; fotocurent.

8) viteza electronilor smulși sub influența luminii nu depinde de intensitatea luminii, ci depinde doar de frecvența acesteia.

ecuația lui Einstein

Fenomenul efectului fotoelectric și toate regularitățile sale sunt bine explicate folosind teoria cuantică a luminii, care confirmă natura cuantică a luminii.

După cum sa menționat deja, Einstein (1905), dezvoltând teoria cuantică a lui Planck, a prezentat ideea că nu numai emisia și absorbția, ci și propagarea luminii are loc în porțiuni (cuante), a căror energie și impuls:

unde este vectorul unitar îndreptat de-a lungul vectorului de undă. Aplicând legea conservării energiei la fenomenul efectului fotoelectric în metale, Einstein a propus următoarea formulă:

, (1)

unde este funcția de lucru a electronului din metal, este viteza fotoelectronului. Potrivit lui Einstein, fiecare cuantă este absorbită de un singur electron, iar o parte din energia fotonului incident este cheltuită pentru îndeplinirea funcției de lucru a electronului metalic, în timp ce restul conferă energie cinetică electronului.

După cum rezultă din (1), efectul fotoelectric în metale poate apărea numai la, altfel energia fotonului va fi insuficientă pentru a scoate un electron din metal. Frecvența cea mai scăzută a luminii, sub acțiunea căreia are loc efectul fotoelectric, este determinată, evident, din condiția

Frecvența luminii determinată de condiția (2) se numește „granița roșie” a efectului fotoelectric. Cuvântul „roșu” nu are nimic de-a face cu culoarea luminii în care apare efectul foto. În funcție de tipul de metale, „bordul roșu” al efectului fotoelectric poate corespunde luminii roșii, galbene, violete, ultraviolete etc.

Formula lui Einstein poate fi folosită pentru a explica alte legi ale efectului fotoelectric.

Să presupunem că, adică între anod și catod, există un potențial de decelerare. Dacă energia cinetică a electronilor este suficientă, atunci, depășind câmpul de decelerare, aceștia creează un fotocurent. Fotocurentul implică acei electroni pentru care se află condiția ... Valoarea potențialului de întârziere este determinată din condiție

, (3)

unde este viteza maximă a electronilor ejectați. Orez. 4.

Înlocuind (3) în (1), obținem

Astfel, valoarea potenţialului de întârziere nu depinde de intensitate, ci depinde doar de frecvenţa luminii incidente.

Funcția de lucru a electronilor din metal și constanta lui Planck poate fi determinată prin reprezentarea grafică a dependenței de frecvența luminii incidente (Fig. 4). După cum puteți vedea, segmentul tăiat de axa potențialului dă.

Deoarece intensitatea luminii este direct proporțională cu numărul de fotoni, o creștere a intensității luminii incidente duce la o creștere a numărului de electroni ejectați, adică la o creștere a fotocurentului.

Formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric în nemetale are forma

.

Prezența - lucrarea de desprindere a unui electron legat de un atom în interiorul nemetalelor - se explică prin faptul că, spre deosebire de metale, unde există electroni liberi, în nemetale electronii se află într-o stare legați de atomi. Evident, atunci când lumina cade pe nemetale, o parte din energia luminii este cheltuită pentru efectul fotoelectric în atom - pe separarea electronului de atom, iar restul este cheltuit pe funcția de lucru a electronului și transferul. de energie cinetică către electron.

Electronii de conducție nu părăsesc metalul în mod spontan într-o cantitate vizibilă. Acest lucru se datorează faptului că metalul este o gaură potențială pentru ei. Doar acei electroni a căror energie este suficientă pentru a depăși bariera de potențial de la suprafață pot părăsi metalul. Forțele care provoacă această barieră au următoarea origine. Îndepărtarea accidentală a unui electron din stratul exterior de ioni pozitivi al rețelei duce la apariția unei sarcini pozitive în exces în locul în care electronul a părăsit. Interacțiunea Coulomb cu această sarcină face ca electronul, a cărui viteză nu este foarte mare, să revină înapoi. Astfel, electronii individuali părăsesc suprafața metalică tot timpul, se îndepărtează de ea cu mai multe distanțe interatomice și apoi se întorc înapoi. Drept urmare, metalul este înconjurat de un nor subțire de electroni. Acest nor, împreună cu stratul exterior de ioni, formează un strat electric dublu (Fig. 5; cercuri - ioni, puncte negre - electroni). Forțele care acționează asupra unui electron dintr-un astfel de strat sunt îndreptate spre interiorul metalului. Munca efectuată împotriva acestor forțe în timpul transferului unui electron din metal în exterior este folosită pentru a crește energia potențială a electronului (Fig. 5).

Astfel, energia potențială a electronilor de valență în interiorul metalului este mai mică decât în ​​afara metalului, cu o cantitate egală cu adâncimea puțului de potențial (Fig. 6). Modificarea energiei are loc pe o lungime de ordinul mai multor distanțe interatomice; prin urmare, pereții puțului pot fi considerați verticali.

Energia potențială a unui electron Fig. 6.

iar potenţialul punctului în care se află electronul au semne opuse. De aici rezultă că potențialul din interiorul metalului este cu o cantitate mai mare decât potențialul din imediata vecinătate a suprafeței sale.

Sarcina pozitivă excesivă a metalului crește potențialul atât la suprafață, cât și în interiorul metalului. Energia potenţială a electronului scade în mod corespunzător (Fig. 7, a).

Valorile energiei potențiale și potențiale la infinit sunt luate ca punct de referință. Comunicarea unei sarcini negative scade potențialul în interiorul și în exteriorul metalului. În consecință, energia potențială a electronului crește (Fig. 7, b).

Energia totală a unui electron dintr-un metal este alcătuită din energii potențiale și cinetice. La zero absolut, valorile energiei cinetice a electronilor de conducere sunt în intervalul de la zero până la energia care coincide cu nivelul Fermi. În fig. 8, nivelurile de energie ale benzii de conducție sunt înscrise în puțul de potențial (linia întreruptă arată nivelurile care nu sunt ocupate la 0K). Pentru a elimina în afara metalului, diferiților electroni trebuie să li se acorde energii diferite. Astfel, un electron situat la cel mai de jos nivel al benzii de conducție trebuie să fie împărțit cu energie; pentru un electron la nivelul Fermi, energia este suficientă .

Cea mai mică energie care trebuie transmisă unui electron pentru a-l îndepărta dintr-un corp solid sau lichid într-un vid se numește ieșire de la locul de muncă. Funcția de lucru a unui electron dintr-un metal este determinată de expresie

Am obținut această expresie în ipoteza că temperatura metalului este 0K. La alte temperaturi, funcția de lucru este definită și ca diferența dintre adâncimea puțului de potențial și nivelul Fermi, adică definiția (4) este extinsă la orice temperatură. Aceeași definiție se aplică semiconductorilor.

Nivelul Fermi depinde de temperatură. În plus, adâncimea potențială a puțului se modifică ușor din cauza modificării distanței medii dintre atomi din cauza expansiunii termice. Astfel, funcția de lucru este ușor dependentă de temperatură.

Funcția de lucru este foarte sensibilă la starea suprafeței metalice, în special la curățenia acesteia. După ce am selectat în mod corespunzător Fig. opt.

acoperirea suprafeței, funcția de lucru poate fi redusă foarte mult. De exemplu, depunerea unui strat de oxid de metal alcalino-pământos (Ca, Sr, Ba) pe suprafața tungstenului reduce funcția de lucru de la 4,5 eV (pentru W pur) la 1,5 - 2 eV.

Efect fotoelectric intern

Mai sus, am vorbit despre eliberarea electronilor de pe suprafața iluminată a unei substanțe și tranziția lor într-un alt mediu, în special, în vid. Această emisie de electroni se numește emisie de fotoelectroni, și fenomenul în sine efect fotoelectric extern. Alături de ea, așa-zisul efect fotoelectric intern, în care, spre deosebire de exteriorul, electronii excitați optic rămân în interiorul corpului iluminat, fără a încălca neutralitatea acestuia din urmă. În acest caz, concentrația purtătorilor de sarcină sau mobilitatea acestora se modifică în substanță, ceea ce duce la o modificare a proprietăților electrice ale substanței sub influența luminii care cade asupra acesteia. Efectul fotoelectric intern este inerent numai semiconductorilor și dielectricilor. Poate fi detectat, în special, prin modificarea conductivității semiconductorilor omogene atunci când sunt iluminați. Pe baza acestui fenomen - fotoconductivitate a fost creat un grup mare de receptoare de lumină și este în mod constant îmbunătățit - fotorezistoare... Pentru ei se folosesc în principal seleniura și sulfura de cadmiu.

În semiconductori neomogene, împreună cu o modificare a conductibilității, se observă și formarea unei diferențe de potențial (foto - emf). Acest fenomen (efect fotovoltaic) se datorează faptului că, datorită omogenității conductivității semiconductorilor, există o separare spațială în interiorul volumului conductorului de electroni excitați optic purtători de sarcină negativă și microzone (găuri) care apar în imediata vecinătate a atomilor din care s-au rupt electronii și ca niște particule care poartă sarcină elementară pozitivă. Electronii și găurile sunt concentrate la diferite capete ale semiconductorului, în urma căreia ia naștere o forță electromotoare, datorită căreia este generată fără aplicarea unei feme exterioare. curent electric într-o sarcină conectată în paralel cu semiconductorul iluminat. Astfel, se realizează o conversie directă a energiei luminoase în energie electrică. Din acest motiv, receptoarele fotovoltaice de lumină sunt utilizate nu numai pentru înregistrarea semnalelor luminoase, ci și în circuitele electrice ca surse de energie electrică.

Principalele tipuri de astfel de receptori disponibile comercial funcționează pe bază de seleniu și sulfură de argint. Siliciul, germaniul și o serie de compuși - GaAs, InSb, CdTe și alții - sunt, de asemenea, foarte răspândite. Celulele fotovoltaice utilizate pentru a converti energia solară în energie electrică au devenit deosebit de răspândite în cercetarea spațială ca surse de energie la bord. Au o eficiență relativ mare (până la 20%) și sunt foarte convenabile în condițiile unui zbor spațial autonom. În celulele solare moderne, în funcție de materialul semiconductor, foto - emf. ajunge la 1 - 2 V, curentul de decolare este de câteva zeci de miliamperi, iar pentru 1 kg de masă puterea de ieșire ajunge la sute de wați.

EFECT FOTO, un grup de fenomene asociate cu eliberarea electronilor unui solid din legăturile intra-atomice sub influența radiației electromagnetice. Există: 1) efect fotoelectric extern, sau emisie de fotoelectroni, emisie de electroni de la suprafață ... ... Enciclopedie modernă

Un fenomen asociat cu eliberarea de electroni ai unui solid (sau lichid) sub influența radiației electromagnetice. Distingeți: .. 1) efect fotoelectric extern al emisiei de electroni sub acțiunea luminii (emisia fotoelectronilor),? radiații etc.; .. 2) ... ... Dicţionar enciclopedic mare

Emisia de electroni în vomă sub influența e-mailului. magn. radiatii. F. a fost descoperit în 1887 de către acesta. fizicianul G. Hertz. Primele fonduri. Cercetările lui F. au fost efectuate de A.G.Stoletov (1888), iar apoi de acesta. fizicianul F. Lenard (1899). Primul este teoretic. explicatia legilor... Enciclopedie fizică

Sush., Număr de sinonime: 2 efect foto (1) efect (29) Dicționar de sinonime ASIS. V.N. Trishin. 2013... Dicţionar de sinonime

fotoefect- - [V.A. Semenov. Dicționarul englez rus al protecției releului] Subiecte Protecția releului RO efect foto... Ghidul tehnic al traducătorului

EFECT FOTO- (1) apariția prin supapă a unei forțe electromotoare (foto-emf) între doi semiconductori diferiți sau între un semiconductor și un metal sub influența radiației electromagnetice; (2) F. emisie externă (emisia fotoelectronilor) de electroni din... Marea Enciclopedie Politehnică

A; m. Fiz. Modificări ale proprietăților unei substanțe sub influența energiei luminii; efect fotoelectric. * * * efectul fotoelectric este un fenomen asociat cu eliberarea de electroni ai unui solid (sau lichid) sub influența radiației electromagnetice. Diferenta dintre: ... ... Dicţionar enciclopedic

Emisia de electroni de către o substanță sub influența radiației electromagnetice (fotoni). F. a fost descoperit în 1887 de G. Hertz. Primele studii fundamentale ale lui F au fost efectuate de A.G. Stoletov (1888). A constatat că în apariția fotocurentului în ...... Marea Enciclopedie Sovietică

- (vezi poza ... + afectează) fizic. o modificare a proprietăților electrice ale unei substanțe sub influența radiației electromagnetice (lumină, ultraviolete, raze X și alte raze), de exemplu, emisia de electroni în exterior sub acțiunea luminii (f. extern), o schimbare . .. ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

Cărți

• , P.S. Tartakovsky. Reproduce în ortografia originală a autorului ediției din 1940 (editura `GITTL`). V…
• Efect fotoelectric intern în dielectrici, P.S. Tartakovsky. Această carte va fi produsă în conformitate cu comanda dumneavoastră utilizând tehnologia Print-on-Demand. Reproduce în ortografia originală a autorului ediției din 1940 (editura „GITTL”...

Pagina 1

Fenomenul efectului fotoelectric, descoperit în 1887 de Hertz și investigat în detaliu de A.G. Stoletov, constă în faptul că metalele (sau semiconductorii), atunci când sunt expuse la lumină, emit electroni. Este imposibil de explicat efectul fotoelectric pe baza teoriei ondulatorii a luminii. Totuși, emisia de electroni se observă imediat după iluminarea metalului. În plus, conform teoriei undelor, energia E3 a electronilor emiși de metal ar trebui să fie proporțională cu intensitatea luminii incidente. S-a constatat însă că Ee nu depinde de intensitatea luminii, ci depinde de frecvența acesteia, crescând odată cu creșterea v; o creștere a intensității nu duce decât la o creștere a numărului de electroni emiși de metal.

Fenomenul efectului fotoelectric consta in extragerea electronilor din substanta prin lumina care cade asupra acesteia. Principalele caracteristici ale acestui fenomen sunt următoarele. Un fascicul de lumină care cade pe o suprafață metalică eliberează electroni din metal, cu condiția ca frecvența luminii să fie peste o anumită valoare critică, în funcție de tipul de metal. Numărul de electroni extrași pe unitatea de timp cu o compoziție spectrală constantă a radiației este proporțional cu fluxul luminos incident pe suprafața metalului.

Caracteristicile statice ale unei fotodiode cu germaniu.

Fenomenul efectului fotoelectric poate fi utilizat și într-o joncțiune pn la care se aplică o tensiune inversă.

Efectul fotoelectric este detectat prin iluminarea unei plăci de zinc conectată la tija electrometrului.

Fenomenul efectului fotoelectric, descoperit în 1889 de A.G. Stoletov, constă în faptul că metalele (sau semiconductorii), atunci când sunt expuse la lumină, emit electroni. Este imposibil de explicat efectul fotoelectric pe baza teoriei ondulatorii a luminii. Totuși, emisia de electroni se observă imediat după iluminarea metalului. În plus, conform teoriei undelor, energia Ea a electronilor emiși de metal ar trebui să fie proporțională cu intensitatea luminii incidente. S-a constatat însă că Ee nu depinde de intensitatea luminii, ci depinde de frecvența acesteia, crescând odată cu creșterea v; o creștere a intensității nu duce decât la o creștere a numărului de electroni emiși de metal.

Fenomenul efectului fotoelectric, descoperit de A.G.Stoletov în 1888, constă în faptul că, sub acțiunea luminii, electronii sunt ejectați de pe suprafața diferitelor corpuri, în urma cărora corpul dat capătă o sarcină. Mai mult, acest fenomen se observă doar dacă energia cuantumului luminii este mai mare decât munca necesară pentru a detașa un electron de la suprafața unei substanțe date și pentru a-i conferi o anumită energie cinetică.

Fenomenul efectului fotoelectric constă în faptul că razele de lumină, care cad asupra oricărui corp (indiferent de natura sa chimică și starea fizică), scot electroni din acesta.

Fenomenul efectului fotoelectric a fost descoperit pentru prima dată în 1819 de chimistul rus Grottus.

Fenomenul efectului fotoelectric a fost observat pentru prima dată de Hertz în 1887. Hertz a descoperit că iradierea unui eclator cu raze ultraviolete facilitează descărcarea.

Esența efectului fotoelectric este că, atunci când iluminează suprafața metalelor sau semiconductorilor, particulele de energie radiantă pătrund în straturile de suprafață ale corpului iluminat și oferă energie suplimentară electronilor săi. Ca urmare a acestui fapt, electronii corpului iluminat încep să se miște cu viteze mari și își părăsesc orbitele normale de mișcare. Acest fenomen de accelerare a mișcării electronilor unui corp iluminat sub influența energiei radiante se numește fenomenul efectului fotoelectric.

În fenomenul efectului fotoelectric, electronii scoși de pe suprafața metalului prin radiații cu o frecvență de 2 - 104 Hz sunt complet reținuți de câmpul de decelerare la o diferență de potențial de 7 V și la o frecvență de 4 - 101 Hz - la o diferență de potențial de 15 V.

Ipoteza lui Planck, care rezolvă cu brio problema radiației termice a unui corp negru, a fost confirmată și dezvoltată în continuare în explicarea efectului fotoelectric - un fenomen a cărui descoperire și studiu a jucat un rol important în formarea teoriei cuantice. În 1887, G. Hertz a descoperit că atunci când un electrod negativ era iluminat cu raze ultraviolete, descărcarea dintre electrozi avea loc la o tensiune mai mică. Acest fenomen, după cum arată experimentele lui V. Galvaks (1888) și A.G. Stoletov (1888–1890), cauzat de eliminarea sarcinilor negative de la electrod sub influența luminii. Electronul nu a fost încă descoperit. Abia în 1898 J.J. Thompson și F. Leonard, după ce au măsurat sarcina specifică a particulelor emise de corp, au descoperit că aceștia sunt electroni.

Distingeți efectul fotoelectric extern, intern, valv și multifoton.

Efect fotoelectric extern se numește emisie de electroni de către o substanță sub influența radiațiilor electromagnetice. Efect foto extern observat în solide (metale, semiconductori, dielectrici), precum și în gaze pe atomi și molecule individuali (fotoionizare).

Efect fotoelectric intern - Acestea sunt tranziții ale electronilor în interiorul unui semiconductor sau dielectric cauzate de radiația electromagnetică de la starea legată la starea liberă, fără a scăpa în exterior. Ca urmare, concentrația purtătorilor de curent în interiorul corpului crește, ceea ce duce la apariția fotoconductivității (o creștere a conductibilității electrice a unui semiconductor sau dielectric atunci când este iluminat) sau la apariția unei forțe electromotoare (EMF).

Efect fotoelectric de supapă este un fel de efect fotoelectric intern, este apariția EMF (foto EMF) la iluminarea contactului a doi semiconductori diferiți sau a unui semiconductor și a unui metal (în absența unui câmp electric extern). Efectul fotoelectric al supapei deschide calea pentru conversia directă a energiei solare în energie electrică.

Fotoefect multifoton posibil dacă intensitatea luminii este foarte mare (de exemplu, când se utilizează raze laser). În acest caz, un electron emis de un metal poate primi simultan energie nu de la unul, ci de la mai mulți fotoni.

Primele studii fundamentale ale efectului fotoelectric au fost efectuate de omul de știință rus A.G. Stoletov. O diagramă schematică pentru studierea efectului fotoelectric este prezentată în Fig. 2.1.

	Orez. 2.1	Orez. 2.2

Doi electrozi (catod LA din materialul de testat și anod A, în capacitatea căreia Stoletov a folosit o plasă metalică) într-un tub vid sunt conectate la o baterie, astfel încât folosind un potențiometru R puteți schimba nu numai valoarea, ci și semnul tensiunii aplicate acestora. Curentul care apare atunci când catodul este iluminat cu lumină monocromatică (prin sticlă de cuarț) este măsurat cu un miliampermetru conectat la circuit.

În 1899, J.J. Thompson și F. Lenard au demonstrat că, prin efectul fotoelectric, lumina elimină electronii din materie.

Caracteristica curent-tensiune (CVC) a efectului fotoelectric - dependență de fotocurent eu generat de fluxul de electroni din tensiune - este prezentat în Fig. 2.2.

Această dependență corespunde cu două iluminări energetice diferite ale catodului (frecvența luminii este aceeași în ambele cazuri). Pe măsură ce cresc U fotocurentul crește treptat, adică un număr tot mai mare de fotoelectroni ajung la anod. Caracterul blând al curbelor arată că electronii sunt emiși din catod la viteze diferite.

Valoare maximă fotocurent de saturație este determinată de această valoare a tensiunii U la care toți electronii emiși de catod ajung la anod:

Unde n- numărul de electroni emiși de catod în 1 s.

Din caracteristica I - V rezultă, la U= 0 fotocurent nu dispare. În consecință, electronii scoși din catod au o anumită viteză inițială υ și, prin urmare, o energie cinetică diferită de zero, astfel încât ei pot ajunge la catod fără un câmp extern. Pentru ca fotocurentul să devină egal cu zero, este necesar să se atașeze tensiune de mentinere ... La, niciunul dintre electroni, chiar și cei care au viteza maximă la evadarea din catod, nu poate depăși câmpul de întârziere și ajunge la anod. Prin urmare,