Wikia

Наука

Фотоэффект

Обсуждение0
14 736статей на этой вики
 Searchtool  Квантовая механика
\Delta x\cdot\Delta p \geqslant \frac{\hbar}{2}
Принцип неопределённости
Введение ...

Математическая формулировка ...

См. также: Портал:Физика
Photoelectric effect

На диаграмме показан процесс выбивания электронов из металлической пластины под действием энергии фотонов

Versuch zum Fotoeffekt

Схема эксперимента по исследованию фотоэффекта. Из света берется узкий диапазон частот и направляется на катод внутри вакуумного прибора. Напряжением между катодом и анодом устанавливается энергетический порог между ними. По току судят о достижении электронами анода.

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов).

Фотоэффект – квантовое явление. C открытием фотоэффекта и его исследование экспериментально обосновали квантовую теорию. На ее основе оказалось возможным объяснение закономерностей Фотоэффекта: т.е. свободный электрон не может поглотить фотон, т.к. при этом не могут быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии и импульса. Фотоэффект из молекулы или конденсированной среды возможен только из-за связи электрона с окружением. Эта связь характеризуется энергией ионизации, в конденсированной среде — работой выхода.[1]

В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.


История открытия Править

В 1839 году Александр Беккерель наблюдал[2] явление фотоэффекта в электролите. В 1873 году Виллоби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим. Затем эффект изучался в 1887 году Генрихом Герцем. При работе с открытым резонатором он заметил, что если посветить ультрафиолетом на цинковые разрядники, то прохождение искры заметно облегчается. Исследования фотоэффекта показали, что, вопреки классической электродинамике, энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения. В 1888-1890 годах фотоэффект систематически изучал русский физик Александр Столетов. Им были сделаны несколько важных открытий в этой области, в том числе выведен первый закон внешнего фотоэффекта. Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он, благодаря номинации шведского физика Карла Вильгельма Озеена, получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде квантованных порций. Из закона сохранения энергии, при представлении света в виде частиц (фотонов), следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:

h \nu = A_{out} + \frac{mv^2}{2}

где A_{out} — т.н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества), \frac{mv^2}{2}кинетическая энергия вылетающего электрона, \! \nu — частота падаюшего фотона с энергией ~h \nu , ~h постоянная Планка. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта, т.е. существование наименьшей частоты, ниже которой энергии фотона уже не достаточно для того, чтобы "выбить" электрон из металла. Суть формулы заключается в том, что энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества, на работу, которую необходимо совершить для того, чтобы "вырвать" электрон, и остаток переходит в кинетическую энергию электрона. Исследования фотоэффекта были одними из самых первых квантовомеханических исследований.

Внешний фотоэффект Править

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием света. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Фотокатод - электрод вакуумного электронного прибора, непосредственно подвергающийся воздействию света.

Зависимость спектральной чувствительности от частоты или длины волны света называют спектральной характеристикой фотокатода.

Законы внешнего фотоэффекта Править

  1. Закон Столетова: при неизменном спектральном составе света, падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1с, прямо пропорционально интенсивности света):
    I_n~E_e и n_{\rm cek}~E_e
  2. Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.
  3. Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света \nu_0 при которой фотоэффект ещё возможен.

Внутренний фотоэффект Править

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием света. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта. Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием света. Вентильным фотоэффектом (фотоэффектом в запирающем слое) называется возникновение под действием света ЭДС (фото-ЭДС) в системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или двух разнородных полупроводников (например, в p-n переходе).

Вентильный фотоэффект Править

Вентильным фотоэффектом называется явление, когда фотоэлектроны покидают пределы тела, переходя через поверхность раздела в другое твердое тело (полупроводник) или жидкость (электролит).

См. также Править

  1. http://www.oval.ru/enc/78131.html
  2. A. E. Becquerel (1839). "Mémoire sur les effets électriques produits sous l'influence des rayons solaires". Comptes Rendus 9: 561-567


ar:مفعول كهرضوئي bg:Фотоелектричен ефект bn:আলোক তড়িৎ ক্রিয়া bs:Fotoelektrični efekat ca:Efecte fotoelèctric cs:Fotoelektrický jev da:Fotoelektrisk effekt de:Photoelektrischer Effekt el:Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο en:Photoelectric effect es:Efecto fotoeléctrico et:Fotoefekt eu:Efektu fotoelektriko fa:اثر فوتوالکتریک fi:Valosähköinen ilmiö fr:Effet photoélectrique gl:Efecto fotoeléctrico he:האפקט הפוטואלקטרי hr:Fotoelektrični učinak id:Efek fotolistrik it:Effetto fotoelettrico ja:光電効果 ko:광전 효과 mr:प्रकाशीय विद्युत परिणाम nl:Foto-elektrisch effect no:Fotoelektrisk effekt pl:Efekt fotoelektryczny pt:Efeito fotoeléctrico ro:Efectul fotoelectric simple:Photoelectric effect sk:Fotoelektrický jav sl:Fotoelektrični pojav sq:Fotoefekti sr:Фотоелектрични ефекат sv:Fotoelektrisk effekt ta:ஒளிமின் விளைவு th:ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก tr:Fotoelektrik etki uk:Фотоефект vi:Hiệu ứng quang điện zh:外光电效应 Шаблон:Wikipedia-article

Викия-сеть

Случайная вики