Mikä on ulkoinen valosähköinen efekti? Valokuvatehoste

Valosähköinen vaikutus on ilmiö, jossa elektroneja irtoaa nestemäisistä ja kiinteistä aineista valon vaikutuksesta.

2. Kuvaile Stoletovin kokeen kaavio. Mitä ovat valovirta ja valoelektroni?

Tyhjiöputkeen asetettiin kaksi elektrodia - katodi ja anodi, jotka yhdistettiin jännitelähteeseen. Piirissä ei ollut virtaa ilman katodin sytytystä. Kun valo on valaistu, katodista valon lähettämät elektronit houkuttelevat anodia.

Valovirta on virta, joka syntyy piirissä valon vaikutuksesta, ja fotoelektronit ovat ulostyöntyneitä elektroneja.

3. Muotoile valosähköisen ilmiön kolme lakia ja selitä valosähköisen vaikutuksen virta-jännite-ominaisuus. Miltä se näyttää suuremmalla valovoimakkuudella?

Valosähköisen vaikutuksen lait:

1) Kyllästysvalovirta on verrannollinen katodille osuvan valon voimakkuuteen.

2) maksimi kineettinen energia fotoelektroni ei riipu valon intensiteetistä ja on suoraan verrannollinen sen taajuuteen.

3) jokaiselle aineelle on olemassa vähimmäisvalotaajuus, jonka alapuolella valosähköinen vaikutus ei ole mahdollinen. Sitä kutsutaan valosähköisen efektin punaiseksi reunaksi.

Matalilla jännitteillä vain murto-osa fotoelektroneista saavuttaa anodin. Mitä suurempi potentiaaliero, sitä suurempi valovirta. Tietyllä jännitearvolla siitä tulee maksimi, sitä kutsutaan jännitevalovirraksi. Suuremmalla valovoimakkuudella kyllästysvalovirta on suurempi ja käyrä nousee korkeammaksi.

4. Kirjoita ja selitä Einsteinin yhtälö valosähköiselle efektille. Mitä suuruutta kutsutaan työfunktioksi?

Fotonienergiaa käytetään välittämään kineettistä energiaa emittoituneelle fotoelektronille ja suorittamaan työtoimintoa. Työfunktio on pienin työmäärä, joka on tehtävä elektronin poistamiseksi metallista. Punainen valokuvatehostereunus.

Hän esitti hypoteesin: valo säteilee ja absorboituu erillisinä osina - kvantteina (tai fotoneina). Kunkin fotonin energia määräytyy kaavan mukaan E= h ν , Missä h - Planckin vakio on 6,63. 10-34 J. s, ν - valon taajuus. Planckin hypoteesi selitti monia ilmiöitä: erityisesti valosähköilmiön ilmiön, jonka saksalainen tiedemies Heinrich Hertz löysi vuonna 1887 ja jota venäläinen tiedemies A. G. Stoletov tutki kokeellisesti.

Valokuvatehoste — Tämä on ilmiö, jossa aine lähettää elektroneja valon vaikutuksesta.

Tutkimuksen tuloksena saatiin kolme valosähköisen vaikutuksen lakia:

1. Kyllästysvirran voimakkuus on suoraan verrannollinen kehon pinnalle tulevan valosäteilyn voimakkuuteen.

2. Fotoelektronien suurin kineettinen energia kasvaa lineaarisesti valon taajuuden mukaan eikä riipu sen intensiteetistä.

3. Jos valon taajuus on pienempi kuin tietty arvo tästä aineesta minimitaajuudella, valosähköistä vaikutusta ei tapahdu.

Valovirran riippuvuus jännitteestä on esitetty kuvassa 36.

Valosähköisen ilmiön teorian loi saksalainen tiedemies A. Einstein vuonna 1905. Einsteinin teoria perustuu käsitteeseen elektronien työfunktiosta metallista ja käsitteeseen valon kvanttisäteilystä. Einsteinin teorian mukaan valosähköisellä vaikutuksella on seuraava selitys: absorboimalla valokvantin elektroni hankkii energiaa hv. Kun poistutaan metallista, kunkin elektronin energia pienenee tietyn määrän, jota kutsutaan työtoiminto(Ah ulos). Työfunktio on työtä, joka vaaditaan elektronin poistamiseksi metallista. Elektronien maksimienergia lähdön jälkeen (jos muita häviöitä ei ole) on muotoa: mv 2 /2 = hv - A lähtö, Tätä yhtälöä kutsutaan Einsteinin yhtälöksi .

Jos hν< Mutta valosähköistä vaikutusta ei tapahdu. tarkoittaa, punainen valokuvatehostereunus yhtä kuin ν min = A teho/h

Valosähköisen vaikutuksen periaatteeseen perustuvia laitteita kutsutaan valokuvaelementtejä. Yksinkertaisin tällainen laite on tyhjiövalokenno. Tällaisen valokennon haitat ovat: pieni virta, alhainen herkkyys pitkäaaltosäteilylle, valmistusvaikeudet, mahdottomuus käyttää piireissä vaihtovirta. Sitä käytetään fotometriassa valovoiman, kirkkauden, valaistuksen mittaamiseen, elokuvissa äänen toistoon, valosähkeissä ja valopuhelimissa, tuotantoprosessien ohjauksessa.

On olemassa puolijohdevalokennoja, joissa valon vaikutuksesta virrankantajien pitoisuus muuttuu. Niitä käytetään sähköpiirien automaattiseen ohjaukseen (esim. metron kääntöporteissa), vaihtovirtapiireissä ja uusiutumattomana virtana. lähteitä kelloissa, mikrolaskimissa, ensimmäisiä aurinkoautoja testataan, käytetään aurinkoenergialla toimiva päällä keinotekoiset satelliitit Maa-, planeettojenväliset ja orbitaaliset automaattiset asemat.

Valosähköisen vaikutuksen ilmiö liittyy valokemiallisiin prosesseihin, jotka tapahtuvat valon vaikutuksesta valokuvamateriaaleissa.

Ei ole väliä kuinka pitkälle keskivertoihminen on omassaan Jokapäiväinen elämä menneisyydestä koulun opetussuunnitelma, hän ei, ei, ja saa sinut muistamaan itsestäsi. Juuri näin tapahtuu, kun on kyse ulkoisen valosähköisen ilmiön ilmiöstä.

Määritelmä

Fysiikassa valosähköistä vaikutusta pidetään aineen atomeissa ja molekyyleissä olevien elektronien kohdistusprosessina, joka syntyy ja tapahtuu valon vaikutuksesta. Ja ulkoinen valosähköinen efekti on prosessi, jossa valo lyö elektroneja sellaisella voimalla, että ne lentävät aineensa ulkorajojen yli.

Hieman historiaa ja harjoittelua

Ensimmäistä kertaa tämä hämmästyttävä tosiasia kiinnitti saksalaisen fyysikon huomion jo vuonna 1887. Löytön tutkimista jatkoi Hertzin kollega, venäläinen fyysikko Stoletov. Ja nerokas Einstein kehitti ideoihin perustuvan valosähköisen vaikutuksen teorian, jonka jälkeen ulkoista valosähköistä vaikutusta on tutkittu varsin syvällisesti ja kattavasti ja saatua tietoa hyödynnetään täysimääräisesti valokennopohjaisten laitteiden kehittämisessä ja tuotannossa. Jos otamme alkeellisinta esimerkkiä, nämä ovat automaattisia valokennoilla toimivia.

Tämän tyyppiset mekanismit toimivat Kuitenkin valokennot, jotka käyttävät vain ulkoista valosähköistä vaikutusta, eivät täysin muuta säteilyn vastaanottamaa energiaa sähköenergiaksi. Siksi ei ole erityistä järkeä käyttää niitä sähkön lähteinä, mitä ei voida sanoa automaatiosta. Valosäteiden avulla ohjataan automaattisten mekanismien sähköpiirejä.

Liioittelematta voimme sanoa, että valosähköisen vaikutuksen löytäminen oli todella vallankumouksellinen tapahtuma fysiikassa. Tässä ovat sen merkittävimmät seuraukset:

• valon luonteen salaisuus, valonsäde, paljastettiin tiedemiehille;
• äänettömästä elokuvasta tuli "puhuva", puheentoistomenetelmät keksittiin, ja myös itse liikkuvan kuvan välittäminen tuli mahdolliseksi valokuvaefektin ansiosta;
• fotoelektronisiin laitteisiin perustuvien työstökoneiden ja "älykoneiden" luominen, jotka tiettyjen parametrien mukaan tuottavat erilaisia ​​osia ilman ihmisen väliintuloa;
• monia erilaisia ​​fotoelektronisen automaation toimintaan perustuvia mekanismeja.

Siten itse valosähköisestä efektistä ja sen soveltamisesta tuli eräänlainen läpimurto moderni teknologia.

Valokennojen luokitus

Valokuvatehosteet on jaettu useisiin tyyppeihin niiden ominaisuuksien ja toimintojen mukaan.

1. Ulkoinen valosähköinen vaikutus (toisin sanoen valoelektroniemissio). Elektroneja, jotka lentävät ulos aineesta sen ilmaantuessaan, kutsutaan fotoelektroneiksi. Ja joita ne muodostavat liikkuessaan järjestykseen ulkoa pitkin sähkökenttä, alettiin kutsua valovirraksi.
2. Sisäinen valosähköinen vaikutus, joka vaikuttaa aineen valonjohtavuuteen. Se tapahtuu, kun elektronit jakautuvat uudelleen puolijohteiden ja eristeiden kesken riippuen niiden energiatilasta ja aggregaattitilasta - kiinteästä tai nestemäisestä. Uudelleenjakautumisen ilmiö tapahtuu valon vaikutuksesta. Silloin aineen sähkönjohtavuus kasvaa, ts. saadaan aikaan valonjohtavuuden vaikutus.
3. Portin valosähköinen vaikutus - valoelektronien siirto kehostaan ​​muille kiinteät aineet(puolijohteet) tai neste (elektrolyytit).

Ulkoinen valosähköinen vaikutus on nykyaikaisten tyhjiövalokennojen toiminnan taustalla. Ne valmistetaan lasipullojen muodossa, joissa sisäpinta osittain peitetty ohuella metalliruiskukerroksella. Kerroksen pieni paksuus takaa pienen työskentelytuloksen. Pullon läpinäkyvä ikkuna päästää valon sisään ja sen sisällä oleva lankasilmukan tai kiekon muodossa oleva anodi vangitsee fotoelektroneja. Jos anodi on kytketty akun positiiviseen napaan, piiri sulkeutuu ja sen läpi kulkee sähkövirta. Nuo. Tyhjiövalokennot voivat kytkeä releet päälle tai pois päältä.

Yhdistämällä valokennoja ja releitä voit luoda erilaisia ​​"näkeviä" koneita, esimerkiksi koneen metroon.

Joten olla perusta monille tuotantoprosessit, ulkoinen fotoefekti yhtä suuri fyysinen löytö tuli vakuudeksi onnistunut työ teollisuusautomaatio.

5. . 6. .

Vuonna 1900 saksalainen fyysikko Max Planck esitti hypoteesin: valo säteilee ja absorboituu erillisissä osissa - kvantti(tai fotoneja). Kunkin fotonin energia määräytyy kaavalla , jossa on Planckin vakio, yhtä suuri kuin , on valon taajuus. Planckin hypoteesi selitti monia ilmiöitä: erityisesti valosähköilmiön ilmiön, jonka saksalainen tiedemies Heinrich Hertz löysi vuonna 1887 ja jota venäläinen tiedemies Alexander Grigorievich Stoletov tutki kokeellisesti.

Valokuvatehoste- Tämä on ilmiö, jossa aine lähettää elektroneja valon vaikutuksesta. Jos lataat sähkömetriin kytketyn sinkkilevyn negatiivisesti ja valaistat sen sähköpuhaltimella (kuva 35), sähkömittari purkautuu nopeasti.

Tutkimuksen tuloksena saatiin seuraavat empiiriset mallit:

Metallin pinnasta valon emittoimien elektronien määrä 1 sekunnissa on suoraan verrannollinen tänä aikana absorboituneen valoaallon energiaan;

Fotoelektronien suurin kineettinen energia kasvaa lineaarisesti valon taajuuden mukaan ja riippuu sen voimakkuudesta.

Lisäksi perustettiin kaksi perusominaisuutta.

Ensinnäkin inertiaton valosähköefekti: prosessi alkaa välittömästi valaistuksen hetkellä.

Toiseksi kunkin metallin vähimmäistaajuusominaisuuden olemassaolo - punaisen reunan valokuvatehoste. Tämä taajuus on sellainen, että kun valosähköistä vaikutusta ei esiinny millään valoenergialla, ja jos , niin valosähköinen vaikutus alkaa jopa alhaisella energialla.

Valosähköisen ilmiön teorian loi saksalainen tiedemies A. Einstein vuonna 1905. Einsteinin teoria perustuu käsitteeseen elektronien työfunktiosta metallista ja käsitteeseen valon kvanttisäteilystä. Einsteinin teorian mukaan valosähköisellä vaikutuksella on seuraava selitys: absorboimalla valokvantin elektroni hankkii energiaa. Kun poistutaan metallista, kunkin elektronin energia pienenee tietyn määrän, jota kutsutaan työtoiminto(). Työfunktio on työtä, joka vaaditaan elektronin poistamiseksi metallista. Siksi elektronien suurin kineettinen energia emission jälkeen (jos muita häviöitä ei ole) on yhtä suuri kuin: . Siten,

.

Tätä yhtälöä kutsutaan Einsteinin yhtälöt.

Valosähköiseen tehoon perustuvia laitteita kutsutaan valokennoiksi. Yksinkertaisin tällainen laite on tyhjiövalokenno. Tällaisen valokennon haittoja ovat alhainen virta, alhainen herkkyys pitkäaaltosäteilylle, valmistusvaikeudet ja mahdottomuus käyttää vaihtovirtapiireissä. Sitä käytetään fotometriassa valovoiman, kirkkauden, valaistuksen mittaamiseen, elokuvissa äänen toistoon, valosähkeissä ja valopuhelimissa tuotantoprosessien hallinnassa.

On olemassa puolijohdevalokennoja, joissa valon vaikutuksesta virran kantajien pitoisuus muuttuu. Niitä käytetään sähköpiirien automaattisessa ohjauksessa (esimerkiksi metron kääntöporteissa), vaihtovirtapiireissä, uusiutumattomina virtalähteinä kelloissa, mikrolaskimissa, ensimmäisiä aurinkoautoja testataan, ja niitä käytetään aurinkoparistoissa keinotekoiset maasatelliitit, planeettojenväliset ja orbitaaliset automaattiset asemat.

Valosähköisen vaikutuksen ilmiö liittyy valokemiallisiin prosesseihin, jotka tapahtuvat valon vaikutuksesta valokuvamateriaaleissa.

Max Planck

Valon kvanttiominaisuudet

Vuonna 1900 saksalainen fyysikko Max Planck esitti hypoteesin: valoa ei säteile ja absorboi jatkuvasti, vaan erillisinä osina - kvantti(tai fotoneja). Energiaa E jokainen fotoni määräytyy kaavan mukaan E = hv , Missä h - suhteellisuuskerroin - Planckin vakio, v - valon taajuus. Laskemme kokeellisesti h= 6,63-10-34 J-s. M. Planckin hypoteesi selitti monia ilmiöitä, nimittäin ilmiön valosähköinen ilmiö, jonka löysi vuonna 1887 saksalainen tiedemies G. Hertz. Edelleen valokuvaefekti tutkinut kokeellisesti venäläinen tiedemies Stoletov.

Valosähköinen vaikutus ja sen lait

Stoletovin kokeen kaavio

Valosähköinen vaikutus on elektronien irtoamista aineesta valon vaikutuksesta.
Tutkimuksen tuloksena se perustettiin 3 valosähköisen vaikutuksen lakia:
1. Kyllästysvalovirta on suoraan verrannollinen tulevaan valovirtaan.
2. Fotoelektronien suurin kineettinen energia kasvaa lineaarisesti valon taajuuden mukaan ja riippuu sen voimakkuudesta.
3. Jokaisella aineella on maksimiaallonpituus, jolla valosähköinen vaikutus vielä havaitaan. Pitkillä pituuksilla ei ole valosähköistä vaikutusta.

Valosähköisen ilmiön teorian loi saksalainen tiedemies A. Einstein vuonna 1905. Einsteinin teoria perustuu käsitteeseen elektronien työfunktiosta metallista ja käsitteeseen valon kvanttisäteilystä. Einsteinin teorian mukaan valosähköisellä vaikutuksella on seuraava selitys: absorboimalla valokvantin elektroni hankkii energiaa. Kun poistutaan metallista, kunkin elektronin energia pienenee tietyn määrän, jota kutsutaan työfunktioksi ( Avakh) . Työfunktio on pienin energia, joka elektronille on välitettävä, jotta se poistuu metallista. Se riippuu metallityypistä ja sen pinnan kunnosta. Elektronien maksimienergialla lähdön jälkeen (jos muita häviöitä ei ole) on muoto :

— Tämä on Einsteinin yhtälö.

Jos h v< Avakh , silloin valosähköistä vaikutusta ei tapahdu. Rajoita taajuutta v min ja rajoittava aallonpituus λ max nimeltään punainen valokuvatehostereunus. Se ilmaistaan ​​näin: v min = A/h, λmax = λcr = hc/A, jossa λ max (λ cr) on suurin aallonpituus, jolla valosähköinen vaikutus vielä havaitaan. Punainen valokuvatehostereunus erilaisia ​​aineita erilainen, koska A riippuu aineen tyypistä.

Valosähköisen efektin soveltaminen tekniikassa.
Valosähköiseen tehoon perustuvia laitteita kutsutaan valokennoiksi. Yksinkertaisin tällainen laite on tyhjiövalokenno. Tällaisen valokennon haitat ovat: alhainen virta, alhainen herkkyys pitkäaaltosäteilylle, valmistusvaikeudet, mahdottomuus käyttää vaihtovirtapiireissä. Sitä käytetään fotometriassa valovoiman, kirkkauden, valaistuksen mittaamiseen, elokuvissa äänen toistoon, valosähkeissä ja valopuhelimissa tuotantoprosessien hallinnassa.

On olemassa puolijohdevalokennoja, joissa virran kantajien pitoisuus muuttuu valon vaikutuksesta. Valovastusten suunnittelu perustuu tähän ilmiöön (sisäinen valosähköinen efekti). Niitä käytetään sähköpiirien automaattiseen ohjaukseen (esimerkiksi metron kääntöporteissa), vaihtovirtapiireissä, kelloissa ja mikrolaskimissa. Puolijohdevalokennoja käytetään aurinkokennoissa avaruusaluksia, ensimmäisissä autoissa.