atomfizika
Fotoemissziós vagy fotoelektron emisszió - elektron emissziós anyag elektromágneses tanulmány.
A fő hatása a karakter az áramlási van fotoelektromos tulajdonságait a besugárzott anyagot (vezető, félvezető, szigetelő), és a fotonenergia, hiszen minden egyes anyag van egy minimális értéke a fotonenergia, amelynél a fotoelektromos hatás leállítjuk.
Ábra. 2.4. Genrih Rudolf Gerts (1857-1894)
Az első alkalommal a jelenség a fotoelektromos hatás volt megfigyelhető H. Hertz 1887-ben A lényeg a jelenség abban a tényben rejlik, hogy amikor az ultraibolya fény fém test veszít elektronokat. A fényelektromos hatás figyelhető, például úgy, hogy -megvilágítása elektromos ív cinklemezt csatlakoztatva elektrométerrel (lásd. Ábra. 2.5).
Ábra. 2.5. Világítás töltésű cink lemez elektromos ívlámpák:
1 negatív töltésű lemez; 2 pozitív töltésű lemez
Ha a cink-lemez töltés negatív, amikor ezt besugározzuk egy elektrométer gyorsan kimerül. Ha a lap pozitív töltésű, akkor a besugárzás feltöltöttsége nem változik.
Ábra. 2.6. Aleksandr Grigorevich Stoletov (1839-1896)
Ábra. 2.7. Philipp Eduard Anton von Lenard (1862-1947)
Az első mennyiségi tanulmányozását fotoelektromos hatás tartozik a magyar fizikus AG Stoletov. amely létrehozta az alapvető törvények a fotoelektromos hatás.
Ábra. 2.8. Leírás Experience AG Stoletov „Két fémtárcsa (” betonacél „” elektródák „) 22 cm átmérőjű függőlegesen és egymással párhuzamosan, mielőtt a villamos lámpa Dubosquet amelyből eltávolították az üveg. A lámpa voltaic ívlámpa A. Az egyik a lemezek, hogy egy közeli utcai lámpa, amely egy vékony fém háló, sárgaréz vagy vas, néha bevonva Elektrotípia más fém, amely már nyúlt körbefutó gyűrű; másik meghajtóra szilárd (plakk) „[Stoletov A. G. Válogatott művei / szerk. AK Timiryazeva.- M.; L. államban. ed. tehn. elmélet. Irodalom. 1950. - 660 p.]. A méréseket tükör galvanometer G, a jelenlegi forrás a galvanikus elem más volt a számos elemet.
Később telepítés Stoletov javult F.E.A. Lenard (Nobel-díj 1905-ben a tanulmány a katód sugarak) és más kutatók (ábra. 2.2).
Ábra. 2.9. Rendszer kísérletek, hogy tanulmányozza a külső PhotoEffect
A keresztül érkező fény a kvarcüveggel SW (kvarc továbbítja ultraibolya sugárzás), lefedi a katód K készül a vizsgált anyagot. Az elektronok kibocsátott miatt a fényelektromos hatás által mozgatott elektromos teret az anód A. Az áramkör fotoáram felmerül mért milliammeter. A P potenciométer lehet változtatni a feszültség a katód és az anód, amely azt mutatja, a voltmérő V.
A kutatás eredményeként a létesítmény a következő alapvető törvényei, a fotoelektromos hatás:
1. A kibocsátott fény okozta terhek negatív.
2. A töltés mennyisége által kibocsátott szerv arányos a felszívódását fényenergia.
3. A legnagyobb hatás az ultraibolya sugárzás. A maximális kinetikus energiája fotoelektronok független a beeső fény intenzitása és gyakorisága határozza csak a beeső monokromatikus fény ceteris paribus és frekvenciával nő.
4. A fotoelektromos hatás nélkül fordul elő lag, azaz a fotoelektromos tűnik majdnem egyidejűleg a megvilágítás a katód (késleltetés).
Elemzése áram-feszültség jelleggörbe (azaz, a fotoáram I. a feszültséget az elektródák U), amely eredményeként kapott, a fotoelektromos hatás. A görbe látható. 2.10 azt mutatja, hogy egy bizonyos feszültség fotoelektromos eléri telítettsége - összes emittált elektronok által a katód, az anód esik.
Ábra. 2.10. Az áram-feszültség jellemzőit a fényelektromos hatás
Következésképpen, az ereje a telítési áram határozza meg az elektronok száma által kibocsátott a katód egységnyi idő alatt a fény hatása. Ezért, az erő egyenesen arányos a fotoáram telítési fényáram
ahol k - arányossági tényező jellemző az „érzékenység” Az anyag fény.
Ábra. 2.11. Függése az erő telítési fotoáram a fényáram
Görbe Az elemzés azt mutatja, hogy az emittált elektronok a katód különböző sebességek nagyságát. Néhány elektronok elegendő sebességgel, hogy amikor U = 0 eléri az anód „függetlenül”, és hozzon létre egy fotoáram segítsége nélkül a gyorsuló mező. Ahhoz, hogy a fotoelektromos nulla kell, hogy a visszatartó feszültséget. Nagysága a késleltető potenciál különbség, amelynél a fényáram értéke nulla, akkor lehet meghatározni a sebességet a leggyorsabb fotoelektronok:
ahol - súlya, a töltés mennyisége (e> 0), és a maximális sebessége ezen elektronok. Megállapítást nyert, hogy kísérletileg maximális sebessége fotoelektronok független a fény intenzitása, de csak a besugárzás frekvencia. Növekvő lineáris kapcsolat ábrán. 2.4 azt jelzi, hogy a növekedés a frekvencia növekedéséhez vezet a maximális sebességet fotoelektronokat.
Ábra. 2.4. A függőség a késleltető feszültség frekvenciája
Ez a kísérleti kapcsolat nem illik a klasszikus elektrodinamika, mivel a sebesség a fotoelektronok klasszikus fogalmak kellene intenzitásától függ az elektromágneses hullámok, nem pedig annak gyakoriságát.
1905-ben G. A. Eynshteyn azt mutatta, hogy az összes törvények a fotoelektromos hatás könnyen megmagyarázható, ha feltesszük, hogy fénysugár, és elnyelődik az azonos részek (QUANTA). amit feltételezni Planck kerül kibocsátásra. Kölcsönhatásba lépni elektron anyaggal, egy foton képes kommunikálni az energia és az impulzus. A fotoelektromos hatás akkor jelentkezik, amikor egy rugalmatlan ütközés egy foton egy elektron. Egy ilyen ütközés a foton felszívódik és energia adódik át a elektron. Így egy elektron szerez mozgási energia nem fokozatos, és azonnal - eredményeként egy ütközés aktus. Ez magyarázza a fotoelektromos hatás nélkül tehetetlenség.
Ábra. 2.13. Reakcióvázlat előfordulása fotoelektromos hatás a fém hatása alatt beeső fotonok
A nyert energia egy elektron, kiszállítási formájában egy foton. Ennek egy része energiájú elektron tölti fel, hogy „kitörni” fém. Minden anyag saját munka vyhodaAVYH
A kilépési munka - a legkevésbé energia, amit azután átviszünk egy elektron, hogy eltávolítsa azt az anyagot vákuumban.
A maradékot foton energia alakul át kinetikus energia, hogy az elektronok. A mozgási energia maximális, ha az elektron keletkezik a felszín közelében az anyag, és nem fogyaszt energiát véletlen ütközések a közegben. Ebben az esetben az arány Eynshteynadlya PhotoEffect (2.7) teljesül.
ami megmagyarázza a kísérleti lineáris kapcsolat (lásd. ábra. 2.4) késleltető potenciál a frekvencia a beeső elektromágneses sugárzás.
Így szerint Einstein fény frekvenciája w a kibocsátott nemcsak Planck feltételezhető, de terjed a térben, és elnyelődik az anyag egyedi adagokban (fotonok), amelynek energiája
1914-ben, kísérleteket végeztünk módosítása a fényelektromos hatás: a sugarak irányítani fémpor elhelyezett kondenzátorban. Fotoelektromos hatás szinte azonnal: a por részecskék ütköznek a fotonok, elektronok kiütötte belőle, Mote szerez töltés és ismét mozogni kezd a területén a kondenzátor. Mozgás szemek figyelték közvetlenül a bekapcsolás után a sugárforrás. Ha sugárzás klasszikus elektromágneses hullám, a hullám venne elég jelentős időt a vizsgálathoz, hogy rázza az elektronok, hogy elmondja nekik az energia egyenlő a kilépési munka, és így ragadhatja ki azokat a porszemcséket. Ha nincs ilyen késedelem egyértelműen bizonyította korpuszkuláris jellegét a fényelektromos hatás.
A jelenség a fotoelektromos hatás alapú készülékek úgynevezett napelemek. Ábra. 2.14 ábrázolt vákuum-berendezéssel fénysorompó.
Ábra. 2.14. Készülék vákuumos fénysorompó
A belső felületét a fém tartályt alkalmazni a fényérzékeny réteg szolgáló a katód. Ez kapcsolódik a negatív pólus áramforrás. A központban a hengert helyezünk egy szál gyűrű szolgáló anódként. Az anód csatlakozik a pozitív pólus az áramforrást. Át egy átlátszó ablak a homlokfala a henger és behatol a fény áthalad a szál gyűrű, domborítás származó fotoelektronok a katód. A fotoelektron hatása alatt egy elektromos mező felé az anód, az áramkör zárt, és elkezd folyni a jelenlegi IPH. Ha az utat a fénysugarak jelenik átlátszatlan gáton, a fény megszűnik hatnak a katód, a fotoelektron emisszió leáll, és az áram a áramkör megszakad. Ebben a munkában, vagy a relét, amely a rögzítési eszköz.
Ábra. 2.15. Napelemek a Nemzetközi Űrállomáson. fotofeszültség tűnik, hogy képes átalakítani a fényenergiát elektromos lefedése érintkezési területének különböző félvezetők.
Napelemek egy jelentős része mindenféle fénysorompó. alkalmazása széles körben elterjedt az iparban. A fénysorompó vezérelje a különböző eszközöket és beállításokat, beleértve az automatikus be- és kikapcsolása a fény hatására detektor, vagy éppen ellenkezőleg, ha ki van kapcsolva.
1. példa A felszínen lítium esik monokromatikus fényhullámhosszon. Megállítani a kibocsátott elektronok, azt kell kifejteni a megtartó potenciál különbség nem kevesebb. Határozza meg a munka a funkciót.
A fotonenergia egyenlő
A maximális kinetikus energia az elektronok egyenlő a terméket. Ezért találunk a kilépési munka
A jövőben, akkor megbeszéljük a részleteket már említett közös jegye energia - elektronvoltos.
2. példa Határozzuk meg a maximális sebessége emittált elektronok a fém az intézkedés alapján kvantumait hullámhosszon.
jelentősen meghaladják az elektron kilépési munkáját bármilyen fém (nem több mint néhány eVeV). Ezért Einstein egyenlet (2.7) AO-munka lehet elhanyagolni. Tekintettel arra, hogy a többi energia az elektron szól, hogy közel van a mozgási energia, kiszámítható a sebesség az elektronok ebben az esetben meg kell használni a relativisztikus formulák, azaz a mozgási energia K
ahol - a legnagyobb sebesség az elektronok, C - a fénysebesség vákuumban.
Ezután az Einstein-egyenlet formájában
-Egyenlet, azt látjuk, a sebesség az elektronok
ami nagyon közel van a fénysebesség vákuumban.