Külső fotófény és törvényei
Külső PhotoEffect a jelenséget nevezik az elektron emissziós anyag által elektromágneses jelenség az úgynevezett fotoelektromos hatás izlucheniya.Vnutrennim megjelenése szabad elektronok egy anyagot (félvezető) hatása alatt az elektromágneses sugárzás Linked (vagy vegyérték) elektronjai szabadon (a anyag). Ennek eredményeképpen az anyag ellenállása csökken.
Külső fotóhatás törvényei:
1.Amikor állandó spektrális összetétele a sugárzási teljesítmény a telítési áram (vagy a fotoelektronok száma által kibocsátott a katód időegységenként) egyenesen arányos a beeső sugárzás fluxus a fotokatód (emissziós intenzitás).
2. E fotokód esetében a fotoelektronok maximális kezdeti sebességét, következésképpen a maximális kinetikus energiát a sugárzási frekvencia határozza meg, és nem függ az intenzitásától.
3. Valamennyi anyag esetében a fotoelektromos effektus vörös határa van. minimális sugárzási frekvencia # 957; 0, ahol a külső fotófény még mindig lehetséges. Ne feledje, hogy ez az érték # 957; 0 függ a fototód anyagtól és a felületének állapotától.
A külső fényelektronikus hatás magyarázata a hullámelmélet fényében ellentmondott a kísérleti adatoknak. Az elmélet szerint a hullám hatására területén az elektromágneses hullámok a fém jelennek kényszerrezgés az elektronok az atom a nagyobb az amplitúdó, a nagyobb amplitúdója az elektromos mező vektort hullám Eo (és ezáltal a fény intenzitása I
Eo 2). Ennek eredményeképpen az elektronok elhagyhatják a fémeket, és kiléphetnek abból, i. E. külső fényelektromos hatás figyelhető meg. Minél nagyobb legyen a kibocsátott elektronok sebessége, azaz a fotoelektronok kinetikus energiája a sugárzás intenzitásától függ, ami ellentmond a kísérleti adatoknak. Ennek az elméletnek megfelelően bármely frekvenciájú, de elég nagy intenzitású sugárzásnak ki kell törnie az elektront a fémből, azaz a fotoelektromos hatás piros szegélye nem lehet.
A. Einstein 1905-ben megmutatta, hogy a fotoelektromos hatás jelensége és szabályszerűsége az M. Planck kvantumelmélete alapján magyarázható. Einstein szerint a fény (sugárzás) frekvenciája # 957; nemcsak azt sugározzák, ahogy azt M. Planck javasolta, de terjed az űrben és az anyag külön részekben (kvantumokban) felszívódik. akinek az energiája
ahol h = 6,626176 * 10 -34 J × s a Planck konstans,
Később a sugárzás kvantumát fotonoknak nevezték. Einstein szerint minden kvantumot csak egy elektron szív el. Ha egy kvantum energiája nagyobb, mint az elektron fém munkaműködése, vagyis egy fém. h # 957; = = Aout, akkor az elektron elhagyhatja a fém felületét. A maradék kvantumenergiát az anyag elhagyó elektron kinetikus energiájának létrehozására használják. Ha az elektront a sugárzás nem önmagában, hanem bizonyos mélységben szabadítja fel, akkor az elnyert energia egy része elveszhet az anyag elektron véletlen ütközése miatt, és kinetikus energiája alacsonyabb. Ennek következtében az anyag incidens kvantumának energiája az elektron által elfogyasztja a munkafunkciót és az üzenetet a fotoelektron által kibocsátott kinetikus energia számára.
Az energia megőrzésének törvényét egy ilyen folyamat számára az egyenlőség fogalmazza meg
Ezt az egyenletet az Einstein-egyenletnek nevezik a külső fotoelektromos effektusnak.
Az Einstein-egyenletből közvetlenül következik, hogy a maximális kinetikus energia vagy a fotoelektron sebessége függ a sugárzás gyakoriságától. Mivel a sugárzás gyakorisága csökken, a kinetikus energia csökken, és bizonyos frekvencián nulla lehet. Ebben az esetben az Einstein-egyenletnek megvan a formája
frekvencia # 957; 0. Ennek a relációnak felel meg, amelynek minimális értéke és a fotoelektromos hatás piros szegélye. Az utóbbiból nyilvánvaló, hogy a fotoelektromos hatás vörös határát az elektron munkaműködése határozza meg, és függ az anyag kémiai természetétől és a felületének állapotától. A fotoelektromos effektus vörös határának megfelelő hullámhossz a képletből számítható ki. A h # 957-nél;<Авых фотоэффект прекращается. Число высвобождаемых вследствие фотоэффекта электронов должно быть пропорционально числу падающих на поверхность вещества квантов излучения, а, следовательно, потоку излучения Ф.
A lézerek találmányával nagy sugárzási erõt kaptak, ebben az esetben egy elektron képes elnyelni két vagy több (N) fotont (N = 2 ... 7). Ezt a jelenséget multifoton (nemlineáris) fotoelektromos hatásnak nevezik. A multifoton fotoelektromos effektus Einstein-egyenlete megegyezik
Ebben az esetben a fotoelektromos hatás piros szegélye hosszabb hullámhossz felé haladhat.
A függőség a fotoáram I. közötti potenciálkülönbség az anód és a katód U (áram - feszültség jelleggörbe vagy CVC) állandó sugárzási fluxus a fotokatód monokromatikus sugárzás ábrán látható. 1.
A létezése a fotoáram feszültségen U = 0 annak a ténynek köszönhető, hogy a fotoelektronok által kibocsátott a katód egy bizonyos kezdeti sebességét, és így a kinetikus energiát, és így elérheti az anód nélkül egy külső elektromos mező. Ahogy az U értéke növekszik (pozitív potenciál esetén az anódnál), a fotocurrens fokozatosan növekszik, azaz egyre több fotóelektron ér el az anódot. Az áramfeszültség ezen szakasza szelíd jellege azt jelzi, hogy az elektronok különböző mértékben lépnek fel a katódról. A fényáram maximális értéke, az úgynevezett telítési áram, I ns. egy olyan U értéken érjük el, amelyre a katód által kibocsátott elektronok az anódra esnek. Az Ic értéke. a katód által 1 s-ban kibocsátott fotoelektronok száma határozza meg, és attól függ, hogy a fényáramban bekövetkező sugárzási áramlás mekkora.
Ha az anód negatív potenciállal rendelkezik, akkor az eredményül kapott elektromos mező meggátolja a fotoelektronok mozgását. Ez az anódot elérő elektronok számának csökkenéséhez, és következésképpen a fényáram csökkenéséhez vezet. A negatív polaritás feszültségének minimális értéke, amelynél az elektronok egyike, még akkor sem rendelkezik maximális sebességgel, amikor kilép a katódból, nem érheti el az anódot. a fényáram nullává válik, az Uo retarding feszültségnek nevezzük.
A retardáló feszültség értéke az elektronok kezdeti maximális kinetikus energiájával függ össze
Ezt szem előtt tartva, hogy az Einstein-egyenlet formában írható
Ha ugyanazt a spektrális összetételt változtatjuk meg a katódon a sugárzási fluktuáció hatásának, akkor az áramfeszültség jellemzői a 3. ábrán láthatóak. 2.
Ha a spektrális összetételt a sugárzási fluxus állandó értékén változtatjuk meg, azaz a sugárzás frekvenciája, majd a volt-amper tulajdonságok megváltoznak, amint azt a 3. ábra mutatja.