Оптика и атомна физика - практическа работа, страница 9

Това се нарича фотоелектричния ефект пълно или частично отделяне на електрони от връзките с атомите на материал под действието на светлината.

Ако електроните са извън осветената пробата (общо освобождаване). фотоелектричния ефект се нарича външен. Ако, обаче, електроните губят съобщават само с техните атоми и молекули. но да остане в рамките на осветената веществото като "свободни" електрони (частично освобождаване). фотоелектричния ефект се нарича вътрешно. Освободените електрони се наричат ​​фотоелектроните светлина

Фотоелектричния ефект е общ за всички, без изключение, на телата (твърдо, течно, газообразно). Фотоелектричния ефект се придружава от йонизация на газови молекули се нарича газ и фотойонизация.

Външен фотоефект, открит в 1887 г. от немския учен Genrih Gerts и изучава подробно в 1890 български учен-ти век.

Той описва трите закона.

1 право. Броят на фотоелектроните отделяни от повърхност с единица осветен вещество за единица време е пропорционално на интензивността на светлината.

2 закон. фотоелектроните на скоростта се увеличава с честотата на светлината и не зависи от интензитета на светлината.

3 закона. Фотоелектричния ефект се получава, когато специфично за веществото минималната честота или максималната дължина на вълната светлината. наречената "червена линия" фотоефект.

Произходът и първия закон на фотоелектричния ефект може да се обясни с вълновата теория на светлината, при която светлината се излъчва, като тя е разпределена и се абсорбира под формата на непрекъснат електромагнитна вълна, която може да носи никаква енергия. Напрегнатостта на електрическото поле на светлината вълна, като действа върху електроните в рамките на осветената материал. вълнува техните люлки. Амплитудата на принудени трептения на електроните, пропорционални на амплитудата на вълната светлина и може да достигне такава стойност, при която свързване на електроните с въпрос е счупен и електроните напускат материал - ако и фотоелектричния ефект настъпва.

Въпреки това. 2 и 3 от законите не само се обяснява с вълновата теория на светлината, но и противоречат. В действителност, скоростта на излъчваната фотоелектроните трябва да се увеличи с амплитудата на електромагнитната вълна, и следователно увеличаване на интензитет (интензитет на светлината е пропорционална на квадрата на светлина амплитуда вълна). Но опитът показва, че скоростта на фотоелектроните не зависи от интензитета на светлината.

Всички закони на фотоефекта е лесно да се обяснят с теорията на квантовата на светлината, разработена от Айнщайн през 1905 г. въз основа на теорията на квантовата радиация, Планк е създаден през 1900 г. Според квантовата теория на радиация на организма от енергия не се случва непрекъснато и на порции (кванти). Енергията на всяка част от електромагнитното излъчване:

където J е - константата на Планк,

 - честота,  - радиация дължина на вълната.

Einstein разработена теория на Планк, което предполага, че не само излъчва светлина, но също така се разпростира и се абсорбира от същите части вещество (кванти). те по-късно били наречени фотони. Прилагането на феномена на фотоелектричния ефект при метали закона за запазване на енергията, Айнщайн предложил следната формула:

където А - от метал електрон работа изход,

- максималната скорост на фотоелектронна,

m - маса на електрона.

Според Айнщайн всеки фотон абсорбира само от един електрон, и частта от падащата енергия фотон се консумира за изпълнение на електрон работа функцията на метала, а останалата част от каза електрон кинетична енергия.

Имайте предвид, че на фотоелектроните, отделяни от метала имат различни цени, тъй като в метална кинетичната енергия на електроните е различен, и за отстраняване на метал извън различните електроните трябва да кажете на неравно енергия. Най-висок ръст притежават тези електрони, отделяни от метал, към който изхвърляне е необходимо да се изразходва най-малко енергия, равна на функцията работа.

формулата на Айнщайн е добре законите на фотоефекта обяснява. Тя може да се види, че скоростта на фотоелектроните нараства с честотата на падащата светлина и не зависи от нейната интензивност (защото А и ν са независими от интензитет). Фотоелектричния ефект може да се появи в метала при условие. ако.

В противен случай, фотонна енергия е недостатъчна, за да извадите един електрон.

Най-ниската честота на светлината, което се случва под влиянието на фотоелектричния ефект. Той призова фотоелектричния праг.

Тя се определя от условието:

Той обикновено се изразява по отношение на максималната дължина на вълната:

Числените стойности фотоелектричния праг за някои от материалите, изброени в таблицата по-долу:

От квантовата теория, че интензивността на светлината е пропорционален на броя на фотоните. Поради това броят на изхвърлените фотоните пропорционални на интензитета на светлината. - това обяснява един закон на фотоелектричния ефект.

В полупроводници и изолатори, освен външния фотоелектричния ефект се наблюдава отвътре. Това се случва, е предвидено и придружени от образуването на свободни електрони. повишаване на проводимостта на вещества - електронен откъсване работата на атом. В метали, не се наблюдава вътрешния фотоелектричния ефект. защото в тях има много свободни електрони, както и леко повишаване на броя им се дължи на вътрешната фотоелектричния ефект почти никакъв ефект върху проводимостта на метала. В диелектрици електрон свързваща енергия с големи атоми. така че няма вътрешни. няма външно фотоефект в диелектрици практическо приложение не е.

В заключение, ние подчертаваме, че фотоелектричния ефект, разкривайки квантовата природа на светлината. отхвърля вълна природата. а го допълва. Светлината соленоид сложен процес. има двойна (вълнова частиците) характер. В някои явления, като например смущения, дифракция, поляризация, вълна характер на светлина е показано, в други - радиацията, фотоелектричния ефект и т.н. -. Квантовата природа на светлината.

Въз основа на външни и вътрешни фотоелектричния ефект, създаден от множество устройства, които превръщат светлината в електрически сигнал. Те включват слънчеви клетки, фоторезистори, фотоумножителни тръби, снимка преобразуватели, които предават телевизионни тръби, фотодиоди и т.н. На външен фотоефект основава работата на вакуумни фотоклетки. Структурно, те са оформени като стъклена колба, вакуумира до висок вакуум (фигура 1). Част от вътрешната повърхност на торбата покрита с чувствителен към светлина вещество, наречено фотокатодна. Както е използвано фотокатодния материал с ниска работна функция. Такива вещества антимон съединение е един или повече алкални съединения и сребро - цезий. Анодът е метален пръстен или меша, поставен в центъра на цилиндъра.

Зависимостта на фототока сила, приложена между катода и анода напрежение в постоянен интензитет на светлината се нарича волт-амперна характеристика (IV характеристика) фотоклетка. Той има формата, показан на (Фигура 2). Нежната извивка на напредъка, се дължи на факта. че електроните, излъчени от катода с различна скорост. Някои от тях са с достатъчно висока скорост, и. летящ инерционно пространство между анода и катода. Кратко верига. Това обяснява наличието на ток във веригата при липса на анод напрежение. (Сегмент с 0 - 1). За достъп до текущата нула при анода е необходимо да се приложи отрицателно напрежение на закъснението. В това напрежение и да е от електроните имат максимална скорост дори и да не е в състояние да достигне анода. Ето защо, ние може да пише:

където - кинетичната енергия на електрона.

3 - 4 - е настоящ област насищане. В този регион, всички електрони, излъчени от катода, анод падат. За увеличаване на насищане ток е необходимо да се увеличи интензивността на светлината.

Една от основните параметри на всяка интегрална чувствителност на фотоклетката е равна на насищане силата на фототок под светлинен поток от 1 LM. Основният недостатък е ниската вакуум фотоклетки неразделна чувствителност. Значително по-голяма чувствителност неразделна имат фотоумножителни тръби (PMTs).

На феномена на вътрешния фотоефект в полупроводници, базирани действие клапан фотоклетки и фоторезистори. Те са разположени както следва. М метален субстрат, слой от полупроводников Р (фигура 3). В метал - полупроводник с оглед на техните различни физични свойства на бариерния слой се образува, която предава носители в една посока - от полупроводника в метала.

Когато осветен полупроводникови оформен в него по-голям брой свободни електрони, в резултат на разпределението на равновесие носител в контактния регион на ток е счупен и електрони се прехвърлят от полупроводника към метала от зареждането на метал отрицателен и полупроводникови - положително. По този начин. на метала - полупроводник, образуван от два противоположни полюса, и ако те се свързват проводници вериги на ток ще тече без - всеки допълнителен източник на ток. С други думи, самият соларната клетка клапан е източник на ток.

EMF явление поява при светлина контакт метал - полупроводникови безчетков наречен фотоелектричния ефект.

За разлика клапан фотоклетките вакуумните пряко преобразуване на светлинната енергия в електрическа енергия. Най-ефективните са фотоклетки клапан основава на използването на контакт между два електронни полупроводници (п) и отвор (р) тип проводимост, т.е. т.нар р-М - преход.

Няколко десетки серийно свързан р-п - ​​преходи образуват слънчева батерия.

Клапани слънчеви клетки имат значително по-висока чувствителност от кумулативното вакуум.

Фоторезистор се отлагат върху стъклената плоча на полупроводников слой, на която повърхност засили настоящите електроди за доставка (Фигура 4). При осветяване на полупроводници брой превозвачи в него рязко се увеличава и съпротивлението пада драстично. Чрез промяна на интензитета на светлината може да се контролира съпротивление верига в широк диапазон.

Описание на инсталациите и на напредъка на работата.

В тази статия на фотоклетка антимон вакуум - цезиев катода. Червеният ръб фотоелектрически микрона. Площта на фотокатода

Настройката на лаборатория ви позволява да:

За да се изследва волт-амперна характеристика (IV характеристика) фотоклетка.

Определете своя неразделна чувствителност.

Проверка на първия закон на фотоелектричния ефект.

схема Електрическа инсталация е показано на фиг.5. Потенциометър P плавно променя напрежението прилага към анод А. Напрежението се измерва с волтметър. силата на фототок микроампера. катод к се осветява от лампа с нажежаема жичка LA който може да се мести по линията AB. Интензитетът на светлината, падаща върху катода е регулиран разстояние R между лампата и фотоклетка Е.