A fotoelektromos effektusok típusai
Planck hipotézis, ragyogóan dönt, hogy kihívást jelent a termikus fekete test sugárzás megerősítette és továbbfejlesztette a magyarázata a fényelektromos jelenség - a jelenség, a felfedezés és a tanulmány, amely fontos szerepet játszott a fejlesztés kvantumelmélet. A fotoelektromos hatás külső, belső és kapu. A külső fotoelektromos hatás (fotoelektromos effektus) az anyagok elektromágneses sugárzás hatása alatt lévő anyagok kibocsátása. A külső fotoelektromos hatás a szilárd anyagok (fémek, félvezetők, dielektrikumok), valamint az egyes atomok és molekulák gázaiban (fotoionizáció) figyelhető meg. A fotoelektromos hatás észlelése (1887) H. Hertz, a megfigyelt fokozása a mentesítési eljárás besugárzása útján ultraibolya sugár a szikraköz.
A fotoelektromos hatás első alapvető tanulmányait az orosz tudós, A. G. Stoletov végezte. A fotoelektromos effektus vizsgálatának vázlatos rajza az 1. ábrán látható. 289. két elektróda (katód K készült a fém és az anód A - az áramkör Stoletova alkalmazott fém háló) egy vákuumcső csatlakozik egy akkumulátort, hogy a potenciométer R nem csak változtatni az értékét és előjelét a feszültség őket. Az áram, amely akkor következik be, amikor a katódot monokromatikus fény (kvarcblokkon keresztül) megvilágítja, az áramkörben lévő milliaméterrel mérik. Katód besugárzó fény különböző hullámhosszú, Stoletov találták a következő minták nem veszített jelentőségéből a mi idő: 1) biztosítja a leghatékonyabb intézkedés az ultraibolya sugárzás; 2) a fény hatása alatt az anyag csak negatív töltést veszít; 3) a fény hatása által termelt áram intenzitása közvetlenül arányos az intenzitásával.
JJ Thomson 1898-ban megméri a fény részecskék által kibocsátott fajlagos töltést (az elektromos és a mágneses tér eltérése miatt). Ezek a mérések azt mutatták, hogy a fényelektronok hatása alatt kilövik.
A belső fotoelektromos effektus az elektronok által indukált elektronsugárzás elektronokból álló félvezetőben vagy dielektrikumokban a kötött állapotoktól mentes, szabadulások nélküli kibocsátásokig. Ennek eredményeképpen a testben lévő aktuális hordozók koncentrációja növekszik, ami a fotokonduktivitás megjelenéséhez vezet (félvezető vagy dielektrikum elektromos vezetőképességének növelése a megvilágításban) vagy emf kialakulásához. stb.
A kapuzott fotoelektromos effektus egy e. stb. (photo-emf), ha két különböző félvezető vagy félvezető és fém közötti érintkezőt világít (külső elektromos mező hiányában). A kapu fotoelektromos hatása tehát megnyitja az utat a napenergiának az elektromos energia közvetlen átalakításához.
Az 1. ábrán. 289 látható a kísérleti felállítás tanulmányozására az áram-feszültség karakterisztika fotoelektromos - I. függően fotoáram generált elektronsugarat kibocsátásra a katód hatása alatt a fény, U feszültség az elektródák között. Az ilyen függés, amely megfelel a katód két különböző megvilágításának (mindkét esetben a fényfrekvencia azonos), az 1. ábrán látható. 290.
Ahogy az U növekszik, fokozatosan növekszik a fényáram, vagyis egyre több fotóelektron ér el anódot. A görbék gyengéd természete azt mutatja, hogy az elektronok különböző sebességű katódból indulnak ki. Az áram maximális értékét, a telített fényáramot az U érték határozza meg, amelynél a katód által kibocsátott összes elektron eléri az anódot:
ahol n az 1 s-ban a katód által kibocsátott elektronok száma.
Az áramfeszültség jellemzője az, hogy U = 0 esetén a fotóáram nem tűnik el. Következésképpen az elektronok, amelyeket a katód által kibocsátott fény leadott, rendelkeznek kezdeti sebességgel v. és így is egy nem nulla kinetikus energia, és külső mező nélkül anódot érhet el. Annak érdekében, hogy a fényáram egyenlő legyen nulla értékkel, szükségessé válik az U0 késleltető feszültség alkalmazása. U = U0 esetén az elektronok egyike, még a maximális vmax sebesség mellett sem, amikor elhagyja a katódot. nem tudja leküzdeni a retardáló mezőt, és eléri az anódot. ezért
vagyis az U0 retarding feszültség mérésével. meghatározhatjuk a fotoelektronok sebességének és kinetikus energiájának maximális értékeit.
Amikor tanulmányozása az áram-feszültség jellemzőit a különböző anyagok (felületi simaság fontos, így a méréseket a vákuum és a friss felületek) eltérő frekvenciákon a sugárzást a katód és egy eltérő besugárzott felületi katód és szintézisét kapott adatok követő három törvény a külső fotoelektromos hatás hoztak létre.
I. Stoletov törvénye. egy fix frekvencia a beeső fény a fotoelektronok száma felszabadult a katód egységnyi idő arányos a fényintenzitás (teljesítmény telítési fotoáram arányos a besugárzott A katód).
II. II. A fotoelektronok maximális kezdősebessége (a maximális kezdeti kinetikus energia) nem függ az incidens fény intenzitásától, de csak a frekvenciája határozza meg. nevezetesen növekvő gyakorisággal növekszik lineárisan.
III. Minden egyes anyag esetében a fotoelektromos effektus "vörös határ", vagyis a fény minimális frekvenciája (az anyag kémiai természetétől és felületének állapotától függően), amelynél a fotoelektromos hatás intenzitásának semmilyen fénye nem keletkezik.
A hullám szempontjából a fotoelektromos hatás kvalitatív magyarázata első látásra nem lehet nehéz. Valójában a fém hullámterének hatása alatt olyan elektronok kényszerített oszcillációi merülnek fel, amelyek amplitúdója (például rezonancia) elegendő lehet ahhoz, hogy az elektronok hagyják el a fémeket; akkor a fotoelektromos hatás figyelhető meg. A kinetikus energia, amellyel az elektron elszakad a fémektől, az függő fény intenzitásától függ, hiszen az utóbbi növelésével az elektron nagy energiát ad. Ez a következtetés azonban ellentmond a fotoelektromos hatás második törvényének. Mivel a hullámelmélet szerint az elektronokra átvitt energia arányos a fény intenzitásával, akkor a frekvenciának, de elég nagy intenzitású fénynek ki kell törnie az elektront a fémből; vagyis a fotoelektromos hatás "vörös határ" nem létezhet, ami ellentmond a fotoelektromos hatás harmadik törvényének. Ezenkívül a hullámelmélet nem tudta megmagyarázni a fotoelektromos effektus tehetetlenségét. által létrehozott kísérletek. Így a fotoelektromos hatás a fény hullámelmélete szempontjából megmagyarázhatatlan.