Efectul fotoelectric sau efectului fotoelectric - emisia substanței electroni sub acțiunea luminii sau a oricărei alte radiație electromagnetică. În efectul fotoelectric extern și intern condensat (solid sau lichid), substanțe izolate.
Legile Stoletova pentru efectul fotoelectric.
Formularea prima lege a efectului fotoelectric. Rezistența fotocurentului este direct proporțională cu densitatea fluxului luminos.
În conformitate cu două legea efectului fotoelectric. energia cinetică maximă a electronilor ejectat crește lumină liniar cu frecvența luminii și nu depinde de intensitatea acesteia.
lege a 3-a efectului fotoelectric. nu mai apare pentru fiecare substanță există un prag fotoelectric, adică frecvența minimă a luminii (sau lungimea λ0 lungimea de undă maximă) la care efectul fotoelectric este încă posibil, iar dacă efectul fotoelectric.
Explicația teoretică a acestor legi a fost dat în 1905 de Einstein. Conform acestuia, radiația electromagnetică este un flux de cuante individuale (fotoni) cu energie h ν fiecare, unde h - constanta lui Planck. Când efectul fotoelectric al radiației electromagnetice incidente reflectate de suprafața metalică și o parte pătrunde în suprafața stratului de metal și este absorbit acolo. Absoarbe un foton, de electroni devine energie de la ea și de a face funcția de lucru a metalului A. în cazul în care părăsește - energia cinetică maximă, care este un electron în evadarea din metal.
Istoria descoperirii
In 1839, Aleksandr Bekkerel observat [1] Fenomenul efectului fotoelectric în electrolit.
In 1873, Willoughby Smith a constatat ca seleniu este fotoconductive. Apoi, efectul a fost studiat în 1887 Genrihom Gertsem. Atunci când se lucrează cu o cavitate deschisă, el a menționat că, dacă lumina ultravioleta strălucire pe descărcătoare de zinc, trecerea scânteia este facilitată în mod considerabil.
Studiul efectului fotoelectric a arătat că, spre deosebire de electrodinamică clasice. energia electronului emis este întotdeauna strict legată de frecvența radiației incidente și este practic independentă de intensitatea radiațiilor.
În 1888-1890 ani de efectul fotoelectric studiat sistematic fizicianul român Alexandru Stoletov. Acestea sunt câteva descoperiri importante în acest domeniu au fost făcute, inclusiv prima lege a efectului fotoelectric al ieșirii externe.
Efectul fotoelectric a fost explicată în 1905 Albertom Eynshteynom (pentru care, în 1921, a fost din cauza numirii fizician suedez Karla Vilgelma Oseen. A primit Premiul Nobel), bazat pe ipoteza naturii cuantice Max Planck de lumină. In lucrarea lui Einstein conținea importante ipoteze noi - dacă Planck în 1900 a sugerat că lumina este emisă numai în anumite porțiuni cuantificată, Einstein a văzut deja că există lumina numai sub formă de porțiuni cuantificați. Din conservarea energiei, prezentarea luminii sub formă de particule (fotoni) trebuie formula Einstein pentru efectul fotoelectric:
unde A -. Sc. funcția de lucru (energia minimă necesară pentru a îndepărta un electron din material); - energia cinetică maximă a electronului ejectat, - frecvența fotonului incident cu energie, h - constanta lui Planck. Această formulă implică existența pragului fotoelectric. adică existența cea mai scăzută frecvență (), sub care energia fotonilor nu este suficientă pentru a „clar“ electron din metal. Esența formulei este ca energia fotonilor este consumată pentru ionizarea atomului și substanța pentru munca necesară pentru „pull-out“ a electronului, iar reziduul a fost transformată în energie cinetică a electronului.
Studiile efectului fotoelectric au fost printre primele studii cuantice.
efect fotoelectric extern
PhotoEffect extern (emisii fotoelectron) se numește materialul de emisie a electronilor prin radiație electromagnetică. Electronii emiși de substanța din PhotoEffect externă se numesc fotoelectroni. și curentul electric. formate de ei în mișcarea ordonată a unui câmp electric extern, numit fotocurent.
Fotocatodul - electrod vid dispozitiv electronic expus direct la radiațiile electromagnetice și electronii care emit sub influența radiațiilor.
Dependența sensibilitatea spectrală a frecvenței sau lungimea de undă a radiației electromagnetice este numită caracteristica spectrală a fotocatodul.
PhotoEffect externe Legi
- Act Stoletova: la compoziția spectrală constantă a incidentului radiației electromagnetice asupra fotocatodul, saturația fotocurentului proporțională cu energia luminoasă a catodului (aka: numărul de fotoelectroni emiși de catod 1 c, este direct proporțională cu intensitatea radiației):
și - Viteza maximă de pornire a fotoelectronilor este independentă de intensitatea luminii incidente, și este determinată numai de frecvența.
- Pentru fiecare substanță există prag fotoelectric, adică frecvența minimă a luminii (în funcție de natura chimică a substanței și starea suprafeței), sub care efectul fotoelectric este imposibilă.
teoria Fowler
Legile de bază ale photoemission pentru metale sunt bine descrise de Fowler [2]. Conform acestuia, după absorbția unui foton, energia trece electroni conducta de metal, rezultând gaz de electroni în metalul constă dintr-un amestec de gaze cu o distribuție normală Fermi - Dirac și agitat (mutat la) de distribuție a energiei. Densitatea fotocurentul este determinată de Fowler:
unde, - coeficienți constanți care depind de proprietățile metalului iradiat. Formula este valabilă la excitație energii fotoemisie care să nu depășească valoarea funcției de lucru a metalului mai mult de câteva electron-volți. Teoria lui Fowler este valabilă numai în cazul incidenței luminii de-a lungul normalei la suprafață.
Randamentul cuantic
O caracteristică importantă a efectului fotoelectric este cuantificat cuantic Y randament - numărul de electroni emiși în calcul per incident de fotoni pe suprafața corpului. Y Valoarea este determinată de proprietățile substanței, starea suprafeței sale și energia fotonilor.
Randamentul cuantic al efectului fotoelectric al metalelor în regiunile UV vizibile și lângă Y <0,001 электрон/фотон. Это связано, прежде всего, с малой глубиной выхода фотоэлектронов, которая значительно меньше глубины поглощения света в металле. Большинство фотоэлектронов рассеивает свою энергию до подхода к поверхности и теряет возможность выйти в вакуум. При энергии фотонов вблизи порога фотоэффекта большинство фотоэлектронов возбуждается ниже уровня вакуума и не даёт вклада в фотоэмиссионный ток. Кроме того, коэффициент отражения в видимой и ближней УФ-областях велик и лишь малая часть излучения поглощается в металле. Эти ограничения частично снимаются в дальней УФ-области спектра, где Y достигает величины 0,01 электрон/фотон при энергии фотонов E> 10 eV.
efect fotoelectric intern
Acesta a numit efect de redistribuire internă fotoelectric stărilor energetice ale electronilor în semiconductori și dielectricilor solizi și lichizi. ceea ce se întâmplă sub influența radiațiilor. Aceasta se manifestă în schimbarea concentrației de purtători de sarcină în mediu și conduce la un efect fotoelectric valve sau fotoconductie.
Fotoconductie numit creștere conductivitatea electrică a substanței sub influența radiațiilor.
valve efect fotoelectric
Valve efect fotoelectric sau efect fotoelectric în stratul de barieră - un fenomen în care fotoelectronilor lăsând limitele corpului, care trece prin interfața către un alt corp rigid (semiconductor) sau lichid (electrolit).
efectul fotovoltaic
Efectul fotovoltaic - apariția unei forțe electromotoare sub acțiunea radiațiilor electromagnetice [3].
sensibilizat efect fotoelectric
efectul fotoelectric sensibilizate este numit efectul fotoelectric, însoțit de fenomenul de sensibilizare. adică schimbarea în spectrul de magnitudine și fotosensibilitate în fotoconductori de bandă largă de natură organică și anorganică, în funcție de structurile moleculare ale compușilor [4].
efect photopiezoelectric
efect Photopiezoelectric este fenomenul care apare într-o fotografie de semiconductori forțe electromotoare din mediul extern de contracție neuniformă a semiconductorului [5].
efect fotomagnetic
efect fotomagnetic numit apariția unei forțe electromotoare într-un câmp magnetic omogen semiconductor iluminat în [5].
efect fotoelectric nuclear
In absorbtia nucleului cu raze gamma primește un exces de energie, fără a schimba structura sa nucleon și miez, cu un exces de energie este un miez compozit. Ca și alte reacții nucleare. miez de absorbție a gamma-cuantic este posibilă numai în cazul în care raporturile de putere și de spin necesare. Dacă energia nucleului transferată depășește energia nucleonilor din nucleu, dezintegrarea nucleului compus rezultat apare cel mai adesea cu emisia de nucleoni, mai ales de neutroni. Acest lucru duce la dezintegrarea reacțiilor nucleare și care sunt numite fotonuclear. și fenomenul emisiei de nucleoni (protoni și neutroni) în aceste reacții - PhotoEffect nucleare [6].
multiphoton efectului fotoelectric
Câmpul electromagnetic puternic, cu un atom, în cazul elementar fotoelectric mai mulți fotoni pot interacționa. In acest caz, ionizare a atomului este posibila folosind radiația cu raze de energie. Alăturat ionizare sase si sapte fotoni de gaz inert [7].
moderne de cercetare
Studiile cantitative comparative ale diferitelor materiale au arătat că adâncimea interacțiunii dintre radiații și materia depinde în mare măsură de structura atomilor substanței și corelațiile dintre cojile de electroni interior. În cazul xenon c. care a fost utilizat în experimente, efectul fotonilor într-un pachet puls scurt duce, se pare, la emisia simultană a electronilor cu o multitudine de cochilii interne [9].