§ 3 . Fotoefekt

Vanjski fotoeff - Ovo je fenomen energije elektrona od čvrstih i tečnih tijela pod djelovanjem svjetla.

Pronašli fenomen foto efekata Heinrich Hertz (1857 - 1894) u 1887 godine. Primijetio je da je klizanje iskre između kuglica iskre mnogo lakše ako je jedna od lopti za osvjetljavanje ultraljubičastim zracima.

Zatim B. 1888-1890 GODINA PHOTOPEFF ISPITIRAN Aleksandar Grigorievich Tsoletov (1839 – 1896).

Otkrio je da:

najveće akcije su ultraljubičasti zrake;

uz rast svjetlosnog potoka, fotostalno raste;

naplata čestica koja leti iz čvrstih i tečnih tijela pod djelovanjem svjetlosti negativna je.

Paralelno sa Scentaepom, njemački naučnik je istraživao Philip Lenard. (1862 – 1947).

Uspostavili su osnovne zakone studija za fotografije.

Prije nego što formulišete ove zakone, razmislite sa shema dolaska za posmatranje i foto efekte. Jednostavna je. Dvije elektrode (katoda i anoda) nalaze se u staklenom cilindru, koji poslužuju napon. U nedostatku svjetlosti, ampermetar pokazuje da u lancu nema struje.

Kada katoda istakne svjetlošću, čak i u nedostatku napona između katode i anode, ampermetar pokazuje prisustvo male struje u lancu - fotostalan. To jest, elektroni koji lete iz katode, imaju neku kinetičku energiju
i stiže do anode "samostalno".

Sa sve većim naponom, fotostalno raste.

Zavisnost veličine foto naoružanja iz vrijednosti napona između katode i anode naziva se karakteristika napona.

O na ima sljedeći obrazac. S istim intenzitetom monohromatskog svjetla s sve većim naponom, struja prvo raste, ali tada se njegov rast zaustavlja. Isključuje se fotostalo prestaje mijenjati iz određene vrijednosti, dostižući svoj maksimum (s tim vrijednostima). Ovaj izveštaj fotografija naziva se strujom zasićenja.

Da biste "locirali" fotoćeliju, odnosno fotocilion za smanjenje na nulu, potrebno je podnijeti "napon zaključavanja"
. U ovom slučaju elektrostatičko polje čini radu i usporava pčelišta fotoelektrone

. (1)

To znači da nijedan od elektrona odlaska iz metala ne doseže anodu ako je anodni potencijal niži od potencijala katode po veličini
.

E. pogon je pokazao da se način za promjenu frekvencije padajuće svjetlosti početna točka grafikona premješta duž osi napona. Iz ovoga slijedi da veličina zaključanog napona, a, prema tome, kinetička energija i maksimalna stopa odlaska elektrona ovise o frekvenciji svjetlosti incidenta.

Prvi čin fotografija efekat . Veličina maksimalne brzinepolazak elektrona Zavisi od učestalosti zračenja incidenta (raste s povećanjem frekvencije) i ne ovisi o njenom intenzitetu.

E. ako uporedimo karakteristike Voltample-a dobivene po različitim vrijednostima intenziteta (na slici 1 i I 2) monohromatskog (jednofazna) svjetla, tada možete primijetiti sljedeće.

Prvo, sve trenutno brzi karakteristike počinju u istoj točki, odnosno sa bilo kojim intenzitetom svjetlosti, fototok se pretvara u nulu sa specifičnim (za svaku frekvencijsku vrijednost) zadržavajući napon
. Ovo je još jedna potvrda lojalnosti prvog efekta za fotografije.

Drugo. Uz povećanje intenziteta incidentnog svjetla, priroda trenutne ovisnosti o naponu ne mijenja se, samo vrijednost struje zasićenja povećava se.

Drugi foto efekt . Vrijednost struje zasićenja proporcionalna je veličini svjetlosnog fluksa.

Prilikom proučavanja fotografija efekta, ustanovljeno je da se ne zove svaki zračenje Photoeff.

Treći zakon o efektu fotografija . Za svaku supstancu postoji minimalna frekvencija (maksimalna talasna dužina) na kojoj je fotografija i dalje moguć.

Ova talasna dužina naziva se "Crvena granica fotografije" (i frekvencije - odgovarajuća crvena granica foto efekata).

5 godina nakon rada Maxa Plancka Alberta Einsteina iskoristio je ideju o diskretnosti emisije svetlosti da objasni obrasce foto efekata. Einstein je sugerirao da svjetlost ne bude emulzirana po dijelovima, već se širi i upijaju se po dijelovima. To znači da je diskretnost elektromagnetskih talasa imovina samog zračenja, a ne rezultat interakcije zračenja sa supstancom. Einsteinom, kvantni zračenje u velikoj mjeri podsjeća na česticu. Kvantan se kvantin u potpunosti apsorbira ili se uopće ne apsorbuje. Einstein je predstavio fotoelektronsko odlazak kao rezultat fotonskog sudara s metalnim elektronom u kojem se elektron prenosi sva fotonska energija. Dakle, Einstein je stvorio kvantnu teoriju svjetlosti i na osnovu nje, napisao je jednadžbu za fotografije:

.

Evo stalne daske, - frekvencija,
- rad elektrona izlaza iz metala,
- Masa ostatka elektrona, V je brzina elektrona.

Ova jednačina objasnila je sve eksperimentalno uspostavljene fotopektalne zakone.

Budući da je operacija elektrona iz tvari konstantna, tada brzina elektrona raste, a brzina elektrona raste.

Svaki foton kuca jedan elektron. Slijedom toga, količina kucanih elektrona ne može biti veća od broja fotona. Kad su svi reljefni elektroni dostigli anodu, fotot rastućih zaustavljanja. Uz povećanje intenziteta svjetlosti, broj fotona koji pada na površinu tvari raste. Stoga je broj elektrona koji su ti fotoni izbačeni. Istovremeno, fotokraud zasićenosti raste.

Ako su fotoni dovoljni samo za rad izlaza, brzina odlazećeg elektrona bit će nula. Ovo je "Crvena granica" foto efekata.

Interni fotoeff se primijeće u kristalnim poluvodičima i dielektrici. Da li se električna provodljivost ovih tvari povećava pod djelovanjem zračenja povećanjem broja besplatnih nosača struje (elektrona i rupa).

Ponekad se ovaj fenomen naziva fotokondiktivnost.

Unutrašnji fotoefekt Otvoren je 1873. Američki U. Smita i Englez J. Meiem. To je, ranije nego vanjski fotoeff.

Da biste promatrali interni fotoefekt u školskim uvjetima, možete koristiti fotodiodu (da se ne smije miješati sa LED-om ili starom tranzistoru u kojem je metalni poklopac uredno izrezan da otvori svjetlosni pristup poluvodičkim kristalom. Ako ga pričvrstite u ispravljač i galvanometar, možete promatrati kako čak i u dnevnom svjetlu provodljivost kristala naglo povećava. Ova provodljivost se naziva fotokondiktivnost.

Zakoni internog foto efekata mnogo su komplicirani vanjskim zakonima, a ovdje ih nećemo smatrati. Međutim, napominjemo da se oslanjaju na koncepte valence, elektroničke nivoe poznate vama iz hemije i omogućuju vam da objasnite pojavu foto efekata u poluvodiče.

Vanjski fotoeffi pronašli su aplikaciju u tehnici u prvoj polovini 20. stoljeća. Ovo je, naravno, glas prvog bioskopa. Fotocell vam omogućava da okrenete zvuk, "fotografirate" na filmu, u zvučnom. Svjetlost obične svjetiljke prolazila je kroz zvučnu zakupu filma, promijenila se i ušla u fotoćeliju (vidi fotografiju). Što se više svjetlost prolazilo kroz stazu, glasniji je bio zvuk u dinamici. U neživoj prirodi, vanjski fotoeff manifestuje milionima godina u planetarnom obimu. Snažno solarno zračenje, utječe na atome i molekule zemlje Zemlje, iz njih kuca elektrona, odnosno ionizira gornje slojeve atmosfere.

Interni film Trenutno, tehnika se koristi mnogo češće. Na primjer, svjetlost postaje u električnu struju u fotoćelijama i ogromnim solarnim panelima svemirske letjelice. Foto efekat "Radovi" i na posebnim fotoosjetljivim uređajima, poput fotorezistatora, fotodioda, fototransistori. Zbog toga možete pročitati dijelove na transporteru ili se automatski uključiti i isključiti i isključiti različite mehanizme (svjetionike, ulična rasvjeta, automatski otvor vrata itd.). Također, zahvaljujući unutrašnjem fotoefectu možete pretvoriti sliku u električne signale i prenijeti na daljinu (televizija).

Najveća upotreba fotofekta već je već izgrađena solarna elektrana, kao i projekti za izgradnju novih stanica sa kapacitetom do nekoliko stotina megavata. Prema stručnjacima, 2020. godine, do 20% svjetske električne energije provest će se na štetu fotonaponske transformacije solarne energije na zemlji i u prostoru.

(C) 2012. Lukina Tatyana Vitalitna (Kemerovo Region, Leninsk-Kuznetsky)

1. Istorija otvaranja foto efekata

2. zakoni brojača

3. Einstein jednadžba

4. Interni fotoefekt

5. Primjena fenomena foto efekata

Uvođenje

Mnogobrojne optičke pojave dosljedno su objašnjene, zasnovane na idejama o talasnom prirodi svjetlosti. Međutim, na kraju XIX-a - rani XX vek. Takve pojave, kao fotoefekt, rendgenski zračenje, kontroliše efekat, zračenje atoma i molekula, toplotno zračenje i druge, čije je objašnjenje bilo nemoguće iz valnog stajališta. Objašnjenje novih eksperimentalnih činjenica dobiveno je na osnovu korpuskularnih ideja o prirodi svjetlosti. Pojavila se paradoksalna situacija povezana s korištenjem potpuno suprotstavljenih fizičkih modela valova i čestica za objašnjenje optičkih pojava. U nekim pojavama svjetlost je pokazala svojstva valova, u drugima - corpuskular.

Među raznovrsnim pojavama u kojima se očituje utjecaj svjetlosti na tvar, važno mjesto zauzima fotoelektrični efekat , odnosno emisija elektrona supstancije pod djelovanjem svjetlosti. Analiza ove fenomene dovela je do podnošenja svjetlosne kvante i igrala izuzetno važnu ulogu u razvoju modernih teorijskih zastupanja. Istovremeno, fotoelektrični učinak koristi se u fotoćelijama koje su dobili izuzetno široku upotrebu u različitim područjima nauke i tehnologije i obećavajući čak i bogatije izglede.

Istorija otvaranja foto efekata

Otvaranje efekta za fotografije trebalo bi da se pripisuje 1887. godine, kada je Hertz utvrdio da osvjetljenje ultraljubičastog svjetla elektroda iskrire, olakšavajući iskre između njih.

Fenomen otkriveni od strane Hedersa može se primijetiti u sljedećem lako iskustvu (Sl. 1).

Veličina iskrug F F odabrana je na takav način da u shemi koji se sastoji od transformatora T i kondenzatora C, iskra je dizajnirana s poteškoćama (jedna - dva puta minutu). Ako osvjetljavate elektrode f, izrađene od čistog cinka, svjetlost HG Merkurove lampe, tada se pražnjenje kondenzatora uvelike ublaže: iskre počinje klizati rižu. 1. Shema Hertz iskustva.

Foto efekat objasnjen je 1905. godine Albert Einstein (za koji je 1921. dobio Nobelovu nagradu) na osnovu hipoteze Max-a Planck o kvantnoj prirodi svjetlosti. Einstein je sadržavao važnu novu hipotezu - ako je Placker predložio da svjetlost zrači samo kvantiziranim porcijama, a zatim Ajnštajn je već vjerovao da svjetlost i postoji samo u obliku kvantnih porcija. Od ideje svjetlosti kao dijela čestica (fotona) odmah slijedi Ajnštajnsku formulu za foto efekt:

gde je - kinetička energija odlaska elektrona - rad izlaza za ovu supstancu je učestalost padajuće svjetlosti, stalna daska, koja se pokazala da je potpuno ista kao u obliku daske za zračenje apsolutno crne telo.

Iz ove formule, postojanje crvene granice foto efekata. Dakle, fotoefekti su bile među prvim kvantnim - mehaničkim istraživanjima.

Zakoni o vijeću

Prvi put (1888-1890) analizirajući fenomen foto efekata, ruski fizičar A.G. Sile su primile osnovne važne rezultate. Za razliku od prethodnih istraživača, uzeo je malu potencijalnu razliku između elektroda. Shema testa prikazana je na slici. 2.

Dvije elektrode (jedna u obliku rešetke, drugu - stan), koja se nalaze u vakuu, pričvršćene su na bateriju. Ammetar koji je uključen u lanac koristi se za mjerenje trenutne struje. Rasvjeta katode sa svjetlom različitih talasnih duljina, starije osobe su došli do zaključka da ultraljubičasti zrake imaju najefikasnije djelovanje. Pored toga, utvrđeno je da se struja trenutne pojave pod djelovanjem svjetlosti izravno proporcionalna njegovom intenzitetu.

1898. godine, Lenard i Thomson, metoda odstupanja optužbi u električnim i magnetnim poljima utvrdila je specifičnu naknadu za napunjene čestice. 2. Shema iskustva u Tabletovu.

svjetlost s katode i primio je izraz

CGSS S / g se podudara sa poznatim elektronskim specifičnim nabojem. Odatle, pod djelovanjem svjetla, javlja se elektroni iz katodne supstance.

Općim dobivenim rezultatima uspostavljen je sljedeće zakoni Foto efekat:

1. Sa nepromijenjenim spektralnim sastavom svjetla, snaga zasićenog fotostora je izravno proporcionalna svjetlosnom protoku koja pada na katodu.

2. Početna kinetička energija elektronskog rastrganog elektrona linearno raste s povećanjem frekvencije svjetlosti i ne ovisi o njenom intenzitetu.

3. Foto efekat se ne pojavljuje ako je frekvencija svjetlosti manja od neke karakteristike veličine karakteristike svakog metala, nazvanim crvenom granicom.

Prvi obrazac fotofora, kao i pojavu i samim efektom za fotografije lako je objasniti, zasnovan na zakonima klasične fizike. Zaista, svjetlosno polje, ponašajući se na elektronima unutar metala, uzbuđuje njihove oscilacije. Amplituda prisilnih oscilacija može postići takvu vrijednost u kojoj elektroni napuštaju metal; Tada se promatra fotofikacija.

Zbog činjenice da se prema klasičnoj teoriji, intenzitet svjetlosti izravno proporcionalan na kvadrat električnog vektora, broj elektrona lakta povećava se s povećanjem svjetlosnog intenziteta.

Drugi i treći obrasci foto efekata u zakonima klasične fizike nisu objašnjeni.

Proučavanje ovisnosti o fotokurenom (Sl. 3), koja se događa kada se metal ozračilo protokom monohromatskog svjetla, iz potencijalne razlike između elektroda (takva ovisnost se obično naziva voltom - amperska karakteristika za fotogrurtu) , utvrđeno je da: 1) fotokurenje događa ne samo u, već i kada; 2) fotocider se razlikuje od nule do negativne vrijednosti potencijalne razlike, takozvani potencijal odgode za ovaj metal; 3) veličina potencijala zaključavanja (odgađanja) ne ovisi o intenzitetu incidentnog svjetla; 4) fotokurenje raste s padom apsolutne vrijednosti odgađanja potencijala; 5) Veličina fotostana raste s povećanjem i iz neke određene vrijednosti fotostana (takozvana struja zasićenja) postaje konstantna; 6) vrijednost struje zasićenja raste s povećanjem intenziteta incidentnog svjetla; 7) Veličina retardanskog riže. 3. Karakteristično

potencijal ovisi o frekvenciji padajuće svjetlosti; fotostalno.

8) Brzina elektrona koji se odbacuje pod djelovanjem ne ovisi o intenzitetu svjetlosti, a ovisi samo samo o njegovoj frekvenciji.

Einstein jednadžba

Fenomen foto efekata i svih njegovih obrazaca dobro je zbog pomoći kvantne teorije svjetlosti, što potvrđuje kvantnu prirodu svjetlosti.

Kao što je već napomenuto, Einstein (1905), razvijanje kvantne teorije rasporeda, izneti ideju, prema tome što ne samo zračenje i apsorpcija, već i širenje svjetlosti, u obliku (kvante), energije i impulsa:

gdje je jedinstveni vektor usmjeren na vektoru vala. Primjena fotografija efekta u metalima, zakon očuvanja energije, Einstein je ponudio sljedeću formulu:

, (1)

gdje je operacija elektronskog izlaza metala, brzina fotoelektrona. Prema Einsteinu, svaki kvantin apsorbira samo jedan elektron, a dio energije incidentnog fotona troši se na rad elektrona izlaza metala, preostali dio izvještava o elektronu kinetičke energije.

Na sljedeći način od (1), fotoefekt u metalima može se pojaviti samo kada, u suprotnom, fotonska energija neće biti dovoljna za razbijanje elektrona iz metala. Najmanja frekvencija svjetlosti, pod djelovanjem koje se događa, odlučan je, očito određen foto efekt

Učestalost svjetlosti, određena stanjem (2), naziva se "Crvena granica" foto efekata. Riječ "crvena" nema nikakve veze sa bojom svetlosti na kojoj se pojavljuje efekat fotografije. Ovisno o vrsti metala, "Crvena granica" fotoefekcije može odgovarati crvenoj, žutoj, ljubičastoj, ultraljubičastoj svjetlosti itd.

Uz pomoć Ajnštajnske formule mogu se objasniti i drugi obrasci fotoefekta.

To smo stavili, odnosno postoji inhibitni potencijal između anode i katode. Ako je kinetička energija elektrona dovoljna, onda oni, prevladavajući kočioni polje, stvorite fotok. Fotostant sudjeluje na te elektrone za koje je uvjet zadovoljan . Veličina odgođenog potencijala određuje se iz stanja

, (3)

gde - maksimalna brzina eliminiranih elektrona. Sl. Četiri.

Zamjena (3) u (1), dobivamo

Dakle, veličina odgođenog potencijala ne ovisi o intenzitetu, ali ovisi o učestalosti svjetlosti incidenta.

Rad elektronskog izlaza iz metala i konstantne trake može se odrediti izgradnjom grafikone ovisnosti o frekvenciji svjetlosti incidenta (Sl. 4). Kao što se vidi, segment koji se prekida od osi potencijala daje.

Zbog činjenice da je intenzitet svjetlosti izravno proporcionalan broju fotona, povećanje intenziteta incidentnog svjetla dovodi do povećanja broja eliminiranih elektrona, I.E., do povećanja fotostana.

Einstein formula za foto efekt u nemetallahu ima izgled

.

Prisutnost je operacija odvajanja pridruženog elektrona iz atoma unutar nemetala - objašnjava se činjenicom da, za razliku od metala, gdje postoje besplatni elektroni, elektroni su u nemetalu u pridruženim atomima. Očito je u padu svjetlosti na nemetalu, dio svjetlosne energije provodi na fotoefect u atomu - do odvajanja elektrona iz atoma, a preostali dio se troši na rad elektrona izlaza i Elektronske energije.

Provođenje elektrona ne ostavljaju spontano metal u primjetnom iznosu. To se objašnjava činjenicom da je metal potencijalna jama za njih. Ostavite metal moguć samo onim elektronima čija je energija dovoljna za prevladavanje potencijalne barijere koje postoje na površini. Sile koje određuju ovu barijeru imaju sljedeće porijeklo. Nasumično uklanjanje elektrona iz vanjskog sloja pozitivnih rešetkinih jona dovodi do pojave na mjestu na kojem se elektron lišće, pretjerano pozitivno naboj. Interakcija COULOMB s ovom optužbom uzrokuje elektron, čija brzina nije baš velika, vrati se natrag. Dakle, pojedinačni elektroni cijelo vrijeme ostavljaju metalnu površinu, uklanjaju se s njega na nekoliko međusobnih udaljenosti, a zatim se okreće natrag. Kao rezultat toga, metal je okružen suptilnim oblakom elektrona. Ovaj oblak se oblikuje zajedno sa vanjskim slojem jona dvostrukim električnim slojem (Sl. 5; krigle - ioni, crne bodove - elektrone). Sile koje djeluju na elektronu u takvom sloju su usmjerene unutar metala. Rad je izveden protiv ovih snaga prilikom prevođenja elektrona iz metala prema van, ide u povećanje potencijalne energije elektrona (Sl. 5).

Stoga je potencijalna energija valentnih elektrona unutar metala manja nego izvan metala, vrijednosti jednakom dubini potencijalne jame (Sl. 6). Promjena energije događa se u dužini reda nekoliko međusobnih udaljenosti, tako da se zidovi jama mogu smatrati vertikalnim.

Potencijalna elektronska energija Sl. 6.

i potencijal točke u kojem se nalazi elektron, imaju suprotne znakove. Slijedi da je potencijal unutar metala veći od potencijala u neposrednoj blizini svoje površine, po veličini.

Metal Metal prekomjernog naboja povećava potencijal i na površini i unutar metala. Potencijalna energija elektrona smanjuje se u skladu s tim (Sl. 7, a).

Počevši početak odbrojavanja, uzimaju se vrijednosti potencijalne i potencijalne energije u beskonačnosti. Poruka negativnog naboja smanjuje potencijal unutar i izvan metala. Prema tome, potencijalna energija elektrona povećava se (Sl. 7, B).

Ukupna energija elektrona u metalu sastoji se od potencijalnih i kinetičkih energija. Pri apsolutnoj nuli, vrijednosti kinetičke energije provodljivosti u rasponu su od nule do podudaranja s razinom poljoprivrede energije. Na slici. 8 Energetski nivoi provodljivosti upisani su u potencijalnu jamu (isprekidana linija prikazana su nezauzetim na nivou 0k). Da biste uklonili iz metala, različite elektrone moraju biti naznačene ne iste energije. Dakle, elektron, koji je na najnižem nivou provodljivosti, mora biti informator za energiju; Za elektron koji se nalazi na nivou Fermi, energija je dovoljna .

Najmanja energija koju elektron treba obavijestiti kako bi ga uklonili iz čvrstog ili tečnog tijela u vakuum zvani operacija.Rad elektronskog izlaza iz metala određuje se izrazom

Ovaj izraz smo dobili pod pretpostavkom da je metalna temperatura 0k. Na drugim temperaturama izlaz je definiran i kao razlika u dubini potencijalnog dobro i fermi nivoa, odnosno definicija (4) distribuira se na bilo kojoj temperaturi. Ista definicija odnosi se na poluvodiče.

Fermi nivo ovisi o temperaturi. Pored toga, zbog termičkog širenja prosječnih udaljenosti između atoma, dubina potencijalne jame se mijenja između atoma. To dovodi do činjenice da je operacija izlaza nešto ovisi o temperaturi.

Rad izlaza je vrlo osjetljiv na stanje metalne površine, posebno na njegovu čistoću. Koji sadrži pravilno rižu. Osam.

površinska prekrivača, možete snažno smanjiti rad izlaza. Na primjer, sloj alkalne zemlje (CA, SR, BA) sloja (CA, SR, BA) smanjuje se po izlazu sa 4,5 eV (za čistu W) do 1,5 - 2 eV.

Unutrašnji fotoefekt

Gore, razgovarali smo o oslobađanju elektrona sa osvijetljene površine tvari i prelaskom u drugu srijedu, posebno u vakuumu. Takva emisija elektrona se zove fotoelektronska emisija , i sama fenomen vanjski fotoefekt.Zajedno s njim je poznato i široko se koristi u praktične svrhe takozvane unutrašnji fotoefekt Na kojem se, za razliku od vanjskih, optički uzbuđeni elektroni ostaju unutar osvijetljenog tijela, bez uznemiravanja neutralnosti potonjeg. Istovremeno, koncentracija prevoznika naboja ili njihova mobilnost mijenja se u supstanci, što dovodi do promjene električnih svojstava tvari pod djelovanjem svjetla koja pada na njemu. Interni fotoeff je svojstveni samo poluvodičima i dielektrici. Može se naći, posebno, da promijeni provodljivost homogenih poluvodiča u njihovu rasvjetu. Na osnovu ove pojave - fotoprovodljivost Stvorena je velika grupa lampica i neprestano poboljšana - fotorezistori . Za njih se koristilo uglavnom selenid i sulfidni kadmij.

U heterogenim poluvodičima, uz promjenu provođenja, promatra se i formiranje potencijalne razlike (fotografija - EDS). Ovaj fenomen (foto galvanski efekat) zbog činjenice da se zbog homogenosti provodljivosti poluvodiča pojavljuje prostorno odvajanje u količini dirigenta optički uzbuđenih elektrona, a negativno naboj i mikrosona (rupe) koji nastaju u Neposredna blizina atoma, iz kojih su se odlični elektroni i poput čestica nosača pozitivno osnovno naboj. Elektroni i rupe koncentrirani su u različitim dijelovima poluvodiča, kao rezultat koji se pojavljuje elektromotalna sila zbog kojeg se proizvodi bez primjene vanjskog E.D. Električna struja u opterećenju povezana paralelno s osvetljenim poluvodičem. Dakle, postiže se direktna transformacija lagane energije u električnu energiju. Iz tog razloga je da fotonaponski lampica i ne koriste se ne samo da registriraju svjetlosne signale, noi u električnim krugovima kao izvorima električne energije.

Glavne industrijske vrste takvih prijemnika rade na temelju selena i sumpornog srebra. Silicon, Njemačka i brojne veze su također vrlo česti - GAAS, INSB, CDTEI drugi. Fotonaponski elementi koji se koriste za pretvaranje solarne energije u električnu, stekao je posebno široku primjenu u kosmičkim studijama kao izvorima prehrane na ploči. Imaju relativno visoku efikasnost (do 20%), vrlo prikladne u uvjetima izvan mreže leta svemirskih letjelica. U modernim solarnim ćelijama, ovisno o poluvodičkim materijalima, fotografija - npr. Dosezanje 1 - 2 V, C SCRUKE C - nekoliko desetina miliampera, a po 1 kg mase Izlazna snaga dostiže stotine vata.

Fotoelektrični efekat 1887. njemački fizičar G. Hertz i 1888-1890. eksperimentalno je istraživao A. G. Tshetov. Najpotpunije studij fenomena F. Lenard ispunio je 1900. godine. Do tada je otvoren elektron (1897, J. Thomson), a postalo je jasno da je fotoefekt (ili tačnije - vanjski foto efekt ) Sastoji se od zatezanja elektrona iz neke tvari pod utjecajem svjetla koja pada na njega.

Shema eksperimentalne instalacije za proučavanje foto efekata prikazan je na Sl. 5.2.1.

Eksperimenti su koristili stakleni vakuumski cilindar sa dvije metalne elektrode, od kojih je površina pažljivo očišćena. Na elektrode je primijenjen neki napon U.Čija se polariteta može promijeniti pomoću dvostrukog ključa. Jedna od elektroda (katoda K) kroz kvarcnu prozor osvijetljena je jednobojnim svjetlom određene talasne dužine λ. S nepromenljivim svjetlosnim potokom, ovisnost o fokusilnoj sili I. iz primijenjenog napona. Na slici. 5.2.2 prikazuje tipične krivulje takve ovisnosti dobivene u dvije vrijednosti intenziteta svjetlosnog toka pada na katodu.

Krivulje pokazuju da sa dovoljno velikih pozitivnih naprezanja na anodi A, fotostruko dostiže zasićenje, jer su svi elektroni koji se povuku svjetlom s katode do dosega do dosega. Pažljiva mjerenja pokazala su tu struju zasićenosti I. N direktno proporcionalno intenzitetu padajuće svjetlosti. Kada je napetost na anodi negativna, električno polje između katode i anode usporava elektrone. Anodu se može postići samo tih elektrona čija kinetička energija prelazi | eU|. Ako je napetost na anodi manja od - U. H, fototok se zaustavlja. Mjerenje U. H, možete odrediti maksimalnu kinetičku energiju fotoelektrona:

Na iznenađenje naučnika, iznos U. Pokazalo se da je neovisan o intenzitetu incidentnog svjetlucanog toka. Pažljiva mjerenja pokazala su da se potencijal zaključavanja linearno povećava s povećanjem frekvencije ν svjetlosti (Sl. 5.2.3).

Mnogobrojne eksperimentatore uspostavile su sljedeće osnovne obrasce fotofilikacija:

1. Maksimalna kinetička energija fotoelektrona linearno se povećava s povećanjem svjetlosne frekvencije ν i ne ovisi o njenom intenzitetu.

2. Za svaku supstancu postoji tzv crvena granična fotografija efekat , I.E. Najmanja frekvencija ν min, na kojoj je vanjski fotoeff još uvijek moguć.

3. Broj fotoelektrona slomljenih svjetlom sa katode za 1 C izravno je proporcionalan intenzitetu svjetlosti.

4. FOTO efekt je gotovo ne-mirovanje, fotostruk se pojavljuje odmah nakon početka katodne rasvjete, pod uvjetom da je frekvencija svjetlosti ν\u003e ν min.

Svi ovi obrasci fotografija efekta u korijenu su u suprotnosti s idejama klasične fizike na interakciji svjetlosti sa supstancom. Prema važnim reprezentacijama, prilikom interakcije elektromagnetske svjetlosti, elektron bi trebao postepeno nakupiti energiju, a bit će bilo veliko vrijeme ovisno o intenzitetu svjetlosti kako bi se elektron nakupio dovoljno energije kako bi se odletjela iz katode. Kao kalkulacije pokazuju, ovaj put bi se moralo izračunati za nekoliko minuta ili sati. Međutim, iskustvo pokazuje da se fotoelektroni pojavljuju odmah nakon početka katodne rasvjete. U ovom modelu je bilo nemoguće i razumjeti postojanje Crvene granice foto efekata. Teorija talasa svjetlosti nije mogla objasniti neovisnost energije fotoelektrona iz intenziteta svjetlosnog toka i proporcionalnosti maksimalne frekvencije kinetičke energije.

Dakle, elektromagnetska teorija svjetlosti pokazala se nemogućnim da objasni ove obrasce.

Izlaz je pronašao A. Einstein 1905. godine. Teorijsko objašnjenje opaženih obrazaca fotoefekta dalo je Ajnštajn na osnovu hipoteze M. Planck da je svjetlo emisice i apsorbira se određenim dijelovima i energiju svakog takvog Dio je određena formulom E. = h.ν, gde h. - Stalna daska. Einstein je zauzeo sljedeći korak u razvoju kvantnih reprezentacija. Došao je do zaključka da svjetlo ima povremenu (diskretnu) strukturu. Elektromagnetski val sastoji se od zasebnih porcija - QuantaNaknadno imenovan fotoni. Prilikom interakcije s fotonom supstancom cijela energija prenosi svu svoju energiju h.ν Jedan elektron. Dio ovog energetskog elektrona može otkriti u sudarima atomima neke tvari. Pored toga, dio elektronske energije troši se na prevazilaženje potencijalne barijere na metalnoj vakuumskoj granici. Za ovaj elektron treba obavezati izlazni rad A. Ovisno o svojstvima katodnog materijala. Najveća kinetička energija koju fotoelektron koji leti iz katode može imati određeno je zakonom očuvanja energije:

Ova formula se zove einstein jednadžba za foto efekt .

Koristeći Einstein jednadžbu, možete objasniti sve pravilnosti vanjskog fotoefekta. Einstein jednadžba prati linearna ovisnost maksimalne kinetičke energije iz frekvencije i neovisnosti o intenzitetu svjetlosti, postojanju crvene granice, impenziju foto efekata. Ukupan broj fotoelektrona koji odlaze za 1 s površinom katode treba biti proporcionalan broju fotona koji padaju u isto vrijeme na površini. Iz toga slijedi da struja zasićenja mora biti izravno proporcionalna intenzitetu svjetlosnog toka.

Kako slijedi iz einstein jednadžbe, tangentni ugao nagiba direktnog, izražavajući ovisnost potencijala za zaključavanje U. s od frekvencije ν (Sl. 5.2.3) jednak je omjeru stalne daske h. Na naplatu elektrona e.:

To vam omogućuje eksperimentalno odrediti vrijednost stalne daske. Takva mjerenja izvedena su 1914. godine R. Milliken i dali dobar dogovor s vrijednošću daska. Ova mjerenja također su dozvolila da odrede operaciju SVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR::

gde c. - Brzina svjetlosti, λ kr - talasna dužina koja odgovara crvenoj granici foto efekata. Većina metala izlaz SVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: To je nekoliko elektrona-volta (1 ev \u003d 1,602 · 10 -19 j). U kvantnom fiziku, elektron -tanje se često koristi kao energetska jedinica mjerenja. Vrijednost stalne daske, izražene u elektron-voltu u sekundi, jednaka je

Među metalima su alkalni elementi najmanjeg izlaza. Na primjer, natrijum SVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: \u003d 1.9 EV, što odgovara Crvenoj granici foto efekata λ kr ≈ 680 Nm. Stoga se alkalni metalni spojevi koriste za stvaranje katoda u fotoelementi Namijenjen za registraciju vidljivog svjetla.

Dakle, zakoni efekta za fotografije ukazuju na to da svjetlost prilikom pražnjenja i apsorbiranja ponaša se poput protoka čestica koje su nazvali ime fotoni ili light Quanta .

Fotonska energija je jednaka

slijedi da foton ima impuls

Dakle, doktrina svjetlosti, koja je završila preokret trajanja dva vijeka, vratila se na ideje o lakim česticama - Corpuscles.

Ali to nije bio mehanički povrat novca u korpuskularsku teoriju Newtona. Početkom 20. stoljeća postalo je jasno da je svjetlost imala dvojnu prirodu. Kad se svjetlost propagira, pojavljuju se njegova svojstva vala (smetnje, difrakcija, polarizacija), a pri interakciji sa supstancom - corpuskularno (fotoeff). Ova dvostruka priroda svjetla dobila je ime korpuskularni dualizam o kojem je Lomonosov govorio. Kasnije je bila dvostruka priroda otvorena u elektronima i drugim elementarnim česticama. Klasična fizika ne može dati vizualni model kombinacije valnih i korpuskularnih svojstava u mikro-predavanjima. Kretanje mikrokata nije kontrolirano zakonima Newtonove klasične mehanike, već zakone kvantne mehanike. Teorija apsolutno crnog tijela tijela, koju je razvio M. PLAK, a kvantna teorija fotoelektričnog efekta Ajnštajna leže u bazi ove moderne nauke.

Efekat fotografije je fenomen pulpe svjetlosnih elektrona od metala (vanjski)

Foto efekat je emisija elektrona sa supstancom pod djelovanjem svjetla (ili bilo koje druge elektromagnetske zračenje). U kondenzovanim tvarima (čvrstom i tekućinom) se razlikuju vanjski i unutrašnji fotofekt.

Vanjski fotoelektrični efekat (fotoelektronska emisija) naziva se emisija elektrona sa supstancom pod djelovanjem elektromagnetskih emisija. Elektroni koji su lete iz tvari s vanjskim fotoefect nazivaju se fotoelektroni, a električna struja formirana od strane narednog pokreta u vanjskom električnom polju naziva se fotostalom.

Interni fotoefekt naziva se preraspodjelom elektrona od strane energije u čvrstim i tečnim poluvodičima i dielektrici koji se javljaju pod djelovanjem zračenja. Manifestuje se u promjeni koncentracije prijevoznika naboja u mediju i dovodi do pojave fotoprovodljivosti ili ventilirajućeg foto efekta.

Fotokonduktivnost je povećanje električne provodljivosti tvari pod djelovanjem zračenja.

PhotoEfect ventila je vrsta interne efekte za fotografije, je pojava EMF-a (EMF fotografija) kada je kontakt dva različita poluvodiča ili poluvodič i metal (u nedostatku vanjskog električnog polja). Photeep ventila otvara načine za izravnu pretvorbu solarne energije u električnu energiju.

MULTI-Slika fotografija je moguć ako je intenzitet svjetla vrlo velik (na primjer, kada koristite laserske grede). Istovremeno, elektron koji emitira metal može istovremeno dobiti energiju iz jedne, ali iz nekoliko fotona.

Zakoni o vijeću

Prvi zakon
Istraživanje ovisnosti trenutne sile u cilindru iz napona između elektroda sa stalnim svjetlosnim potokom na jedan od njih, postavio je prvi efekat fotografije.

SOZIR ZATURACIJSKO JE PROPERIRANI SLJEDNOM TOČKOM LIJEPU NA METALU.

T.K. Struja se određuje vrijednosti naplate, a svjetlosni potok - energija svjetlosne grede, zatim se može reći:

broj elektrona iznesenih za 1 C iz tvari je proporcionalan intenzitetu svjetlosti koji pada na ovu supstancu.

Drugi zakon

Promjenom uvjeta osvjetljenja na istoj instalaciji, A.

Iskustvo bi trebalo biti da ako se povećava frekvencija svjetlosti, zatim sa stalnim svjetlosnim tokom, napon zaključavanja povećava se, a, stoga se povećava kinetička energija fotoelektrona. Dakle, kinetička energija fotoelektrona linearno se povećava s frekvencijom svjetla.

Treći zakon

Zamena materijala fotokatodenog materijala na uređaju, agenti postavljaju treći efekt fotografije: Za svaku supstancu postoji crvena fotoefect granica, t. E. Postoji najmanja frekvencija Nmin na kojoj je Photoeff još uvijek moguć.

Zakon očuvanja energije einsteina za einstein za foto-efekt treba odobriti da je fotonska energija stečena od strane elektrona omogućava da napusti površinu vodiča, nakon što je ispunila izlaz. Ostatak energije se provodi u obliku kinetičke energije već je već besplatan elektron

Energija padajućeg fotona troši se na elektron rada izlaza i od metala i na poruci na MV2Max / 2 kinetičku energiju fotorelektrona. Prema zakonu očuvanja energije,

(203.1)

Jednadžba (203.1) naziva se Einstein jednadžba za vanjski foto efekt.

Compton efekat

Promjena talasne dužine svjetlosti tijekom disperzije na pripadajuće elektrone

Runford eksperimenti. Atom

Iskustva u rasponu. Masa elektrona je nekoliko hiljada puta manja od mase atoma. Budući da je atom general neutralan, dakle, glavna masa atoma padne na njegov pozitivno nabijeni dio.

Za eksperimentalnu proučavanje distribucije pozitivnog naboja, a samim tim, mase unutar Ernest Atom Rutinford predložile su 1906. da bi primijenili zvučenje atoma uz pomoć - kasa. Ove čestice javljaju se tokom propadanja radijuma i nekih drugih elemenata. Njihova masa od oko 8.000 puta više od mase elektrona, a pozitivna naknada jednaka je modula prilagođenoj elektronom. To nije ništa drugo nego potpuno jonizirane atome helija. Brzina je vrlo velika: to je 1/15 lagane brzine.

Ovim česticama Rutherford bombardirao je atome teških elemenata. Elektroni zbog svoje male mase mogu primjetno promijeniti putanju čestica, poput šljunka u nekoliko desetaka grama kada sudar sa automobilom ne može značajno promijeniti svoju brzinu.

Planetarni atomski model. Na osnovu njihovih eksperimenata, Rutherford je stvorio planetarni atom model. U središtu atoma postoji pozitivno nabijen jezgro, u kojem je gotovo sva masa atoma koncentrirana. Općenito, atom je neutralan. Stoga je broj intranmentalnih elektrona, kao i naboj jezgre, jednak redoslijedu broja elementa u periodičnom sustavu. Jasno je da elektroni unutar atoma mogu se odmarati, jer bi pali na kernel. Oni se kreću oko kernela, baš kao što se planete okrenu oko sunca. Ova priroda kretanja elektrona određena je djelovanjem Coulimb sila privlačnosti iz jezgre.