Photoemission sau photoelectron emisie - material de emisie a electronilor prin studiu electromagnetic.
Principala influență asupra caracterului fluxului au proprietăți fotoelectrice ale materialului iradiat (conductor, semiconductor, izolator), iar energia fotonilor, deoarece pentru fiecare material există o valoare minimă a energiei fotonice la care se oprește efectul fotoelectric.
Fig. 2.4. Genrih Rudolf Gerts (1857-1894)
Pentru prima dată fenomenul efectului fotoelectric a fost observat de către H. Hertz în 1887. Esența fenomenului constă în faptul că atunci când corpul lumina ultravioleta de metal pierde electroni. Efectul fotoelectric se poate observa, de exemplu, prin iluminarea cu o placă cu arc electric zinc conectat la un electrometru (vezi. Fig. 2.5).
Fig. 2.5. Iluminare placă de zinc încărcat de lumina cu arc electric:
1 placă încărcate negativ; 2 placă încărcată pozitiv
În cazul în care taxa placa de zinc este negativ, atunci când este iradiat cu un electrometru este evacuat rapid. În cazul în care placa este încărcată pozitiv, atunci iradierea sarcinii sale nu se schimbă.
Fig. 2.6. Aleksandr Grigorevich Stoletov (1839-1896)
Fig. 2.7. Philipp Eduard Anton von Lenard (1862-1947)
Primul studiu cantitativ al efectului fotoelectric aparțin fizicianul român AG Stoletov. care a stabilit legile de bază ale efectului fotoelectric.
Fig. 2.8. Descriere Experiența AG Stoletov „Două disc metalic (“ rebar „“ electrozi „) de 22 cm în diametru au fost montate vertical și paralele între ele, înainte de Dubosquet lampă electrică din care îndepărtat toată sticla. Lampa a avut o lampă cu arc voltaic cu A. Unul dintre discuri, la o lampă de stradă din apropiere, realizat dintr-o plasă metalică subțire, alamă sau fier, uneori acoperite cu electroforming alt metal care a fost întins într-un inel circular; o altă unitate solid (placa) „[Stoletov A. G. Selected Works / Ed. AK Timiryazeva.- M.; L. stat. ed. tehn. teorie. Literatura. 1950. - 660 p].. Măsurătorile au fost efectuate în oglindă galvanometru G, sursa de curent în baterie galvanică au fost de un număr diferit de elemente.
Mai târziu a fost îmbunătățită de instalare Stoletov F.E.A. Lenard (Premiul Nobel în 1905 pentru studiul razelor catodice) si a altor cercetatori (Fig. 2.2).
Fig. 2.9. experimente pentru a studia Schema PhotoEffect extern
Lumina care vine prin fereastra de cuarț SW (cuart transmite razele ultraviolete), se referă la catodul K este realizată din materialul investigat. Electronii sunt emise din cauza efectului fotoelectric, deplasat de un câmp electric la anod A. fotocurentul circuitului apare milliammeter măsurat. Cu ajutorul potențiometrului P poate schimba tensiunea dintre catod și anod, care arată V. voltmetru
Cercetarea a condus la stabilirea următoarelor legi de bază ale efectului fotoelectric:
1. taxele de lumină induse emiși sunt negative.
2. Valoarea de încărcare emisă de un organism este proporțională cu absorbția energiei luminii.
3. Cel mai mare efect este razele ultraviolete. Energia cinetică maximă a fotoelectronilor este independentă de intensitatea luminii incidente, iar frecvența este determinată numai de incident de lumină monocromatică, ceteris paribus și crește odată cu creșterea frecvenței.
4. Efectul fotoelectric are loc fără lag, adică fotocurentul apare aproape simultan cu iluminarea catodului (întârziere).
Analyse curent-tensiune caracteristică (adică, fotocurentului I a tensiunii dintre electrozi U), care se obține ca urmare a efectului fotoelectric. Din curba din Fig. 2.10 arată că, la o anumită tensiune fotocurentul ajunge saturație - toate electronilor emiși de catod, căderea anod.
Fig. 2.10. Caracteristicile curent-tensiune ale efectului fotoelectric
În consecință, puterea curentului de saturație este determinată de numărul de electroni emiși de catod pe unitatea de timp sub acțiunea luminii. Prin urmare, forța este direct proporțională cu fluxul luminos de saturație fotocurent
unde k - coeficientul de proporționalitate care caracterizează „sensibilitatea“ a substanței la lumină.
Fig. 2.11. Dependența fotocurentului forței de saturație din fluxul luminos
Analiza Curba arată că electronii emiși de catod, cu viteze diferite în magnitudine. Unele dintre electronii au o viteză suficientă pentru ca atunci când U = 0 ajunge la anod „independent“ și de a crea un fotocurentul fără ajutorul câmpului de accelerare. Pentru a accesa fotocurentul este zero necesitatea de a face o tensiune de retardare. Mărimea diferenței de potențial de retardare la care fotocurentul este zero, este posibil să se determine viteza de cele mai rapide fotoelectronilor:
în cazul în care - în greutate, cantitatea de încărcare (e> 0) și viteza maximă a acestor electroni. Sa stabilit experimental că viteza maximă a fotoelectronilor este independentă de intensitatea luminii, dar numai pe frecvența de iradiere. Cultivarea o relație liniară în Fig. 2.4 indică faptul că creșterea frecvenței duce la o creștere a vitezei maxime a fotoelectronilor.
Fig. 2.4. Dependența frecvenței tensiunii de retardare
Această relație experimentală nu se potrivește electrodinamicii clasice, deoarece viteza fotoelectronilor pe noțiunile clasice ar trebui să depindă de intensitatea undelor electromagnetice, mai degrabă decât pe frecvența.
In 1905 G. A. Eynshteyn a arătat că toate legile efectului fotoelectric este ușor de explicat dacă presupunem că se propagă de lumină și este absorbită de aceleași părți (cuante). ceea ce presupune că Planck, este emis. Interactiunea cu un material de electroni, un foton poate comunica cu energia și impulsul. Efectul fotoelectric are loc atunci când o coliziune neelastică unui foton cu un electron. Într-o astfel de coliziune foton este absorbit și energia este transferată electronului. Astfel, un electron dobândește energia cinetică nu treptată, și imediat - ca urmare a unui singur act de coliziune. Acest lucru explică efectul fotoelectric fără inerție.
Fig. 2.13. Schema de apariție a efectului fotoelectric în metal sub acțiunea fotonilor incidente
Energia acumulată de un electron, acesta este livrat sub forma unui foton. O parte din această energie de electroni petrece pe ea pentru a „evada“ din metal. Fiecare material are propriile sale vyhodaAVYH de lucru
Funcția de lucru - este cea mai putina energie pentru a fi transmisă la un electron pentru ao scoate din materialul într-un vid.
Energia de reziduuri foton este transformată în energie cinetică a electronilor. Energia cinetică este maximă, în cazul în care electronul este formată în apropierea suprafeței substanței și nu consumă energie în timpul coliziunilor aleatorii în mediu. În acest caz, raportul Eynshteynadlya PhotoEffect (2.7) este îndeplinită.
ceea ce explică relația liniară experimentală (vezi. fig. 2.4) potențial întârziind privind frecvența radiației electromagnetice incidente.
Astfel, în funcție de frecvența luminii Einstein w este emis nu numai așa cum se presupune Planck, dar se răspândește în spațiu și este absorbită de o substanță în porții individuale (fotoni), energia care
In 1914, experimentele au fost efectuate modificate asupra efectului fotoelectric: razele îndreptate spre praf metalic plasat în condensator. Efectul fotoelectric aproape instantaneu: praful de particule se ciocnesc cu fotonii, electronii sunt scosi, Mote dobândește încărcare și începe să se miște în domeniul condensatorului. boabe de circulație observate imediat după pornirea sursei de radiație. În cazul în care radiația a fost undelor electromagnetice clasice, unda ar lua destul de un timp semnificativ în experiment, în scopul de a se agită electronii, pentru a le energia egală cu funcția de muncă și spune, astfel, pentru a le smulge din particulele de praf. Absența unui astfel de întârziere a demonstrat în mod clar natura corpusculară a efectului fotoelectric.
Pe fenomenul de dispozitive fotoelectrice bazate pe efecte numite celule solare. Fig. 2.14 ilustrat fotocelulă dispozitiv de vid.
Fig. 2.14. Aparatură fotocelulă vacuum
Suprafața interioară a containerului metalic pentru a aplica stratul fotosensibil care servește drept catod. Acesta este conectat la polul negativ al sursei de curent. In centrul cilindrului este amplasat un inel de sârmă care servește ca anod. Anodul este conectat la polul pozitiv al sursei de curent. Printr-o fereastră transparentă în peretele frontal al cilindrului și pătrunde lumina care trece prin inelul de sârmă, stampare fotoelectroni de catod. Fotoelectrozilor sub influența unui câmp electric de mișcare spre anod, circuitul este închis și începe să curgă curent Iph. În cazul în care calea razelor de lumină vor apărea bariere opace, lumina încetează să acționeze pe catod, emisie fotoelectronilor se va opri, iar curentul în circuitul este întrerupt. În această lucrare sau că releul asociat cu dispozitivul de înregistrare.
Fig. 2.15. Panouri solare pe Stația Spațială Internațională. photovoltage pare că poate converti energia luminii în electrică Atunci când acoperă zona de contact a diferitelor semiconductori.
Celulele fotovoltaice sunt o parte importantă a tuturor tipurilor de barieră de lumină. au găsit utilizarea pe scară largă în industrie. Cu o barieră de lumină poate controla diverse dispozitive și setări, inclusiv și se sting automat atunci când este expusă la detector de lumină, sau, invers, atunci când acesta este oprit.
Exemplul 1. Pe suprafața litiu cade lumină monocromatică de o lungime de undă. Pentru a opri emisia de electroni, este necesar să se exercite o diferență de potențial de retenție nu mai puțin. Definiți funcția de lucru.
Energia fotonica este egal cu
Energia cinetică maximă a electronilor este egală cu produsul. Prin urmare, vom găsi funcția de muncă
În viitor, vom discuta detaliile deja menționate Unități comune de energie - electron-volți.
Exemplul 2. Se determină viteza maximă a electronilor emiși din metal sub acțiunea cuante de lungime de undă.
depășesc în mod semnificativ funcția de lucru a electronilor din orice metal (nu mai mult de mai multe eVeV). Prin urmare, ecuația Einstein (2.7) AO-muncă poate fi neglijată. Având în vedere faptul că energia de repaus a electronului este de aproximativ, care este aproape de energia cinetică, pentru a calcula viteza electronilor în acest caz, trebuie să utilizați formulele relativiste, și anume K cinetică de energie este
unde - viteza maximă a electronilor, c - viteza luminii în vid.
Apoi ecuația lui Einstein ia forma
Rezolvarea acestei ecuații, găsim viteza electronilor
care este foarte aproape de viteza luminii în vid.