Какъв е външният фотоелектричен ефект? Фото ефект

Фотоелектричният ефект е явлението на изхвърляне на електрони от течни и твърди вещества под въздействието на светлина.

2. Опишете схематичната диаграма на експеримента на Столетов. Какво представляват фототокът и фотоелектроните?

Във вакуумна тръба бяха поставени два електрода - катод и анод, които бяха свързани към източник на напрежение. Нямаше ток във веригата без запалване на катода. Когато са осветени, електроните, излъчени от катода от светлина, се привличат към анода.

Фототокът е токът, генериран във верига под въздействието на светлина, а фотоелектроните са изхвърлените електрони.

3. Формулирайте трите закона на фотоелектричния ефект и обяснете характеристиката ток-напрежение на фотоелектричния ефект. Как ще изглежда с по-висок интензитет на светлината?

Закони на фотоелектричния ефект:

1) фототокът на насищане е пропорционален на интензитета на светлината, която пада върху катода.

2) максимум кинетична енергияфотоелектроните не зависи от интензитета на светлината и е право пропорционална на нейната честота.

3) за всяко вещество има минимална честота на светлината, под която не е възможен фотоелектричният ефект. Нарича се червеният ръб на фотоелектричния ефект.

При ниско напрежение само част от фотоелектроните достигат до анода. Колкото по-голяма е потенциалната разлика, толкова по-голям е фототокът. При определена стойност на напрежението то става максимално, нарича се напреженов фототок. При по-висок интензитет на светлината фототокът на насищане ще бъде по-голям и графиката ще се повиши.

4. Напишете и обяснете уравнението на Айнщайн за фотоелектричния ефект. Каква величина се нарича работа?

Енергията на фотона се използва за предаване на кинетична енергия на излъчения фотоелектрон и за извършване на работната функция. Работната функция е минималното количество работа, което трябва да се извърши, за да се отстрани електрон от метал. Червен фотоефект рамка.

Той излага хипотеза: светлината се излъчва и поглъща на отделни порции - кванти (или фотони). Енергията на всеки фотон се определя по формулата д= h ν , Където ч -Константата на Планк е равна на 6,63. 10 -34 J.s, ν - честота на светлината. Хипотезата на Планк обяснява много явления: по-специално феноменът на фотоелектричния ефект, открит през 1887 г. от немския учен Хайнрих Херц и изследван експериментално от руския учен А. Г. Столетов.

Фото ефект — Това е явлението излъчване на електрони от вещество под въздействието на светлина.

В резултат на изследването бяха установени три закона на фотоелектричния ефект:

1. Силата на тока на насищане е правопропорционална на интензитета на светлинното лъчение, падащо върху повърхността на тялото.

2. Максималната кинетична енергия на фотоелектроните нараства линейно с честотата на светлината и не зависи от нейния интензитет.

3. Ако честотата на светлината е по-малка от определена стойност за от това веществоминимална честота, тогава фотоелектричният ефект не възниква.

Зависимостта на фототока от напрежението е показана на фигура 36.

Теорията за фотоелектричния ефект е създадена от немския учен А. Айнщайн през 1905 г. Теорията на Айнщайн се основава на концепцията за работата на електроните от метал и концепцията за квантово излъчване на светлината. Според теорията на Айнщайн фотоелектричният ефект има следното обяснение: като абсорбира квант светлина, електронът придобива енергия в.в.При напускане на метала енергията на всеки електрон намалява с определено количество, което се нарича работна функция(Ах вън). Работата е работата, необходима за отстраняване на електрон от метал. Максималната енергия на електроните след напускане (ако няма други загуби) има формата: mv 2 /2 = hv - A изход,Това уравнение се нарича уравнение на Айнщайн .

Ако hν< Но фотоелектричният ефект не се проявява. означава, рамка с червен фотоефектравна на ν min =Изход /ч

Наричат ​​се устройства, базирани на принципа на фотоелектричния ефект фото елементи.Най-простото такова устройство е вакуумна фотоклетка. Недостатъците на такава фотоклетка са: нисък ток, ниска чувствителност към дълговълново лъчение, трудности при производството, невъзможност за използване във вериги променлив ток. Използва се във фотометрията за измерване на светлинен интензитет, яркост, осветеност, в киното за възпроизвеждане на звук, във фототелеграфи и фотофони, при управление на производствени процеси.

Има полупроводникови фотоелементи, в които под въздействието на светлината се променя концентрацията на токоносителите.Използват се при автоматично управление на електрически вериги (например в турникети на метрото), във вериги с променлив ток и като невъзобновяем ток. източници в часовници, микрокалкулатори, тестват се първите соларни автомобили, използвани в захранван от слънчева енергияНа изкуствени спътнициЗемни, междупланетни и орбитални автоматични станции.

Феноменът на фотоелектричния ефект е свързан с фотохимични процеси, които протичат под въздействието на светлината във фотографските материали.

Без значение колко далеч е средният човек в своето Ежедневиетоот миналото училищна програма, тя не, не, и ще те накара да си спомниш за себе си. Точно това се случва, когато става въпрос за явлението външен фотоелектричен ефект.

Определение

Във физиката фотоелектричният ефект се счита за процес на подреждане на електрони в атоми и молекули на вещество, който възниква и се случва под въздействието на светлина. А външният фотоелектричен ефект е процес, при който електроните се избиват от светлина с такава сила, че летят отвъд външните граници на своето вещество.

Малко история и практика

За първи път това невероятен фактпривлича вниманието на физик от Германия през 1887 г. Изследването на откритието е продължено от колегата на Херц, руският физик Столетов. И брилянтният Айнщайн разработи теорията за фотоелектричния ефект въз основа на идеи.Оттогава външният фотоелектричен ефект е изследван доста задълбочено и изчерпателно и получените знания се прилагат напълно при разработването и производството на устройства, базирани на фотоклетки. Ако вземем най-елементарния пример, това са автоматичните, работещи на фотоклетки.

Механизмите от този тип работят върху Въпреки това, фотоклетките, които използват само външния фотоелектричен ефект, не трансформират напълно получената от радиацията енергия в електрическа енергия. Следователно няма особен смисъл да ги използвате като източници на електроенергия, което не може да се каже за автоматизацията. Именно с помощта на светлинни лъчи се управляват електрическите вериги в автоматичните механизми.

Без преувеличение можем да кажем, че откриването на фотоелектричния ефект е наистина революционно събитие във физиката. Ето най-значимите му последици:

• тайната на природата на светлината, светлинният лъч, беше разкрита на учените;
• киното от нямо се превърна в „говорене“, изобретени бяха методи за озвучаване, а самият факт на предаване на движещо се изображение също стана възможен благодарение на фотоефекта;
• създаването на базата на фотоелектронни устройства на такива металорежещи машини и „умни машини“, които по зададени параметри произвеждат различни части без човешка намеса;
• много различни механизми, базирани на работата на фотоелектронната автоматизация.

Така самият фотоефект и неговото приложение се превърнаха в своеобразен пробив в модерна технология.

Класификация на фотоклетките

Фото ефектите се разделят на няколко вида в зависимост от техните свойства и функции.

1. Външен фотоелектричен ефект (с други думи, фотоелектронна емисия). Електроните, които излитат от веществото, когато то възниква, се наричат ​​фотоелектрони. И които те образуват, когато се движат по подреден начин по външната електрическо поле, започва да се нарича фототок.
2. Вътрешен фотоелектричен ефект, влияещ върху фотопроводимостта на веществото. Възниква, когато електроните се преразпределят между полупроводниците и диелектриците в зависимост от тяхното енергийно състояние и агрегатно състояние - твърдо или течно. Феноменът на преразпределението възниква под въздействието на светлината. Именно тогава се увеличава електропроводимостта на веществото, т.е. получава се ефекта на фотопроводимостта.
3. Gate фотоелектричен ефект - прехвърлянето на фотоелектрони от техните тела към други твърди вещества(полупроводници) или течност (електролити).

Външният фотоефект е в основата на работата на съвременните вакуумни фотоелементи. Изработени са под формата на стъклени колби, в които вътрешна повърхностчастично покрити с тънък слой метално пръскане. Малката дебелина на слоя осигурява малка работна мощност. Прозрачният прозорец на колбата пропуска светлина, а анодът, разположен вътре в нея под формата на телена примка или диск, улавя фотоелектрони. Ако анодът е свързан към положителния полюс на батерията, веригата ще бъде затворена и през нея ще тече електрически ток. Тези. Вакуумните фотоклетки могат да включват или изключват релетата.

Чрез комбиниране на фотоклетки и релета можете да създадете различни "виждащи" машини, например машина в метрото.

И така, като в основата на много производствени процеси, външен фотоефект като страхотен физическо откритиестана обезпечение успешна работаиндустриална автоматизация.

5. . 6. .

През 1900 г. немският физик Макс Планк предлага хипотеза: светлината се излъчва и поглъща на отделни части - кванти(или фотони). Енергията на всеки фотон се определя по формулата , където е константата на Планк, равна на , е честотата на светлината. Хипотезата на Планк обяснява много явления: по-специално феноменът на фотоелектричния ефект, открит през 1887 г. от немския учен Хайнрих Херц и изследван експериментално от руския учен Александър Григориевич Столетов.

Фото ефект- Това е явлението излъчване на електрони от вещество под въздействието на светлина. Ако заредите цинкова плоча, свързана с електрометър, отрицателно и я осветите с електрическа духалка (фиг. 35), електрометърът бързо ще се разреди.

В резултат на изследването са установени следните емпирични закономерности:

Броят на електроните, излъчени от светлината от повърхността на метал за 1 s, е право пропорционален на енергията на светлинната вълна, абсорбирана през това време;

Максималната кинетична енергия на фотоелектроните нараства линейно с честотата на светлината и зависи от нейния интензитет.

Освен това бяха установени две основни свойства.

Първо, безинерционният фотоелектричен ефект: процесът започва веднага в момента на осветяване.

Второ, наличието на минимална честотна характеристика на всеки метал - фото ефект с червена рамка. Тази честота е такава, че когато фотоелектричният ефект не възниква при никаква светлинна енергия, и ако , тогава фотоелектричният ефект започва дори при ниска енергия.

Теорията за фотоелектричния ефект е създадена от немския учен А. Айнщайн през 1905 г. Теорията на Айнщайн се основава на концепцията за работата на електроните от метал и концепцията за квантово излъчване на светлината. Според теорията на Айнщайн фотоелектричният ефект има следното обяснение: поглъщайки квант светлина, електронът придобива енергия. При напускане на метала енергията на всеки електрон намалява с определено количество, което се нарича работна функция(). Работата е работата, необходима за отстраняване на електрон от метал. Следователно максималната кинетична енергия на електроните след емисия (ако няма други загуби) е равна на: . следователно

.

Това уравнение се нарича Уравнения на Айнщайн.

Устройствата, базирани на фотоелектричния ефект, се наричат ​​фотоклетки. Най-простото такова устройство е вакуумна фотоклетка. Недостатъците на такава фотоклетка са нисък ток, ниска чувствителност към дълговълнова радиация, трудности при производството и невъзможност за използване във вериги с променлив ток. Използва се във фотометрията за измерване на светлинен интензитет, яркост, осветеност, в киното за възпроизвеждане на звук, във фототелеграфите и фотофоните, в управлението на производствените процеси.

Има полупроводникови фотоелементи и в които под въздействието на светлината се променя концентрацията на токови носители. Те се използват в автоматичното управление на електрически вериги (например в турникети на метрото), във вериги с променлив ток, като невъзобновяеми източници на ток в часовници, микрокалкулатори, тестват се първите слънчеви автомобили и се използват в слънчеви батерии на изкуствени спътници на Земята, междупланетни и орбитални автоматични станции.

Феноменът на фотоелектричния ефект е свързан с фотохимични процеси, протичащи под въздействието на светлина във фотографските материали.

Макс Планк

Квантовите свойства на светлината

През 1900 г. немският физик Макс Планк предлага хипотеза: светлината се излъчва и поглъща не непрекъснато, а на отделни порции - кванти(или фотони). Енергия д всеки фотон се определя от формулата E = hv , Където ч - коефициент на пропорционалност - константа на Планк, v - честота на светлината. Изчислихме експериментално ч= 6,63·10 -34 J·s. Хипотезата на М. Планк обясни много явления, а именно явлението фотоелектричен ефект, открит през 1887 г. от немския учен Г. Херц. По-нататък фотоефектизследван експериментално от руския учен Столетов.

Фотоефект и неговите закони

Схема на експеримента на Столетов

Фотоелектричният ефект е изхвърлянето на електрони от вещество под въздействието на светлина.
В резултат на изследването е установено 3 закона на фотоелектричния ефект:
1. Фототокът на насищане е право пропорционален на падащия светлинен поток.
2. Максималната кинетична енергия на фотоелектроните нараства линейно с честотата на светлината и зависи от нейния интензитет.
3. За всяко вещество има максимална дължина на вълната, при която все още се наблюдава фотоелектричният ефект. При големи дължини няма фотоелектричен ефект.

Теорията за фотоелектричния ефект е създадена от немския учен А. Айнщайн през 1905 г. Теорията на Айнщайн се основава на концепцията за работата на електроните от метал и концепцията за квантово излъчване на светлината. Според теорията на Айнщайн фотоелектричният ефект има следното обяснение: поглъщайки квант светлина, електронът придобива енергия. При напускане на метала енергията на всеки електрон намалява с определено количество, което се нарича работа на работа ( Авах) . Работата е минималната енергия, която трябва да бъде придадена на електрона, за да може той да напусне метала. Зависи от вида на метала и състоянието на неговата повърхност. Максималната енергия на електроните след напускане (ако няма други загуби) има формата :

— Това е уравнението на Айнщайн.

Ако ч v< Авах , тогава фотоелектричният ефект не възниква. Ограничете честотата vмини ограничаване на дължината на вълната λ максНаречен рамка с червен фотоефект. Изразява се така: v min =A/h, λ max = λ cr = hc/A, където λ max (λ cr) е максималната дължина на вълната, при която все още се наблюдава фотоелектричният ефект. Червен фото ефект рамка за различни веществаразлични, защото Азависи от вида на веществото.

Приложение на фотоелектричния ефект в техниката.
Устройствата, базирани на фотоелектричния ефект, се наричат ​​фотоклетки. Най-простото такова устройство е вакуумна фотоклетка. Недостатъците на такава фотоклетка са: нисък ток, ниска чувствителност към дълговълнова радиация, трудности при производството, невъзможност за използване във вериги с променлив ток. Използва се във фотометрията за измерване на светлинен интензитет, яркост, осветеност, в киното за възпроизвеждане на звук, във фототелеграфите и фотофоните, в управлението на производствените процеси.

Съществуват полупроводникови фотоелементи, в които концентрацията на токоносителите се променя под въздействието на светлината. Дизайнът на фоторезисторите се основава на това явление (вътрешен фотоелектричен ефект). Използват се при автоматично управление на електрически вериги (например в турникети на метрото), във вериги с променлив ток, в часовници и микрокалкулатори. Полупроводниковите фотоклетки се използват в слънчевите клетки за Космически кораби, в първите коли.