Fotoelektrinis efektas susijęs su tuo, kas nutinka, kai elektronai yra išmetami iš medžiagos, sugertos elektromagnetine spinduliuote. Fizikas Albertas Einšteinas pirmasis išsamiai aprašė poveikį ir už savo darbą gavo Nobelio premiją.
Koks yra fotoelektrinis efektas?
Pasak „American American“, šviesa, kurios energija viršija tam tikrą tašką, gali būti naudojama norint išmušti elektronus, atlaisvinant juos nuo kieto metalo paviršiaus. Kiekviena šviesos dalelė, vadinama fotonu, susiduria su elektronu ir dalį energijos sunaudoja elektronui išstumti. Likusi fotono energijos dalis pereina į nemokamą neigiamą krūvį, vadinamą fotoelektronu.
Supratimas, kaip tai veikia, sukėlė revoliuciją šiuolaikinei fizikai. Taikant fotoelektrinį efektą, mums atvertos durelės su „durų akimis“, fotografijoje naudojami šviesos matuokliai, saulės baterijos ir fotostatinis kopijavimas.
Atradimas
Iki Einšteino šį efektą stebėjo mokslininkai, tačiau elgesys juos supainiojo, nes jie iki galo nesuprato šviesos pobūdžio. 1800 m. Pabaigoje fizikai Jamesas Clerkas Maxwellas Škotijoje ir Hendrik Lorentz Nyderlanduose nustatė, kad šviesa atrodo kaip banga. Tai buvo įrodyta pamačius, kaip šviesos bangos demonstruoja trukdžius, difrakciją ir sklaidą, būdingus visų rūšių bangoms (įskaitant bangas vandenyje).
Taigi Einsteino 1905 m. Argumentas, kad šviesa taip pat gali elgtis kaip dalelių rinkiniai, buvo revoliucinis, nes jis neatitiko klasikinės elektromagnetinės radiacijos teorijos. Kiti mokslininkai postuliavo teoriją prieš jį, tačiau Einšteinas pirmasis išsamiai paaiškino, kodėl šis reiškinys atsirado ir jo padarinius.
Pavyzdžiui, 1887 m. Heinrichas Hertzas iš Vokietijos buvo pirmasis asmuo, pamatęs fotoelektrinį efektą. Jis atrado, kad, apšvietęs ultravioletinę šviesą ant metalinių elektrodų, jis sumažino įtampą, reikalingą kibirkščiai judėti už elektrodų, teigia anglų astronomas. Davidas Darlingas.
Tada 1899 m., Anglijoje, J.J. Thompsonas parodė, kad ultravioletinė šviesa, patekusi į metalo paviršių, išstūmė elektronus. Kiekybinis fotoelemento poveikis išmatuotas 1902 m., Kai dirbo Philipp Lenard (buvęs „Hertz“ padėjėjas). Buvo aišku, kad šviesa turi elektrinių savybių, tačiau kas vyksta, neaišku.
Anot Einsteino, šviesą sudaro mažos pakuotės, iš pradžių vadinamos kvantais, o vėliau fotonais. Kaip kvantai elgiasi veikiant fotoelektriniam efektui, galima suprasti per minčių eksperimentą. Įsivaizduokite šulinyje besisukantį marmurą, kuris būtų tarsi atomo surištas elektronas. Kai fotonas patenka, jis patenka į marmurą (arba elektroną), suteikdamas jam pakankamai energijos ištrūkti iš šulinio. Tai paaiškina lengvų metalinių paviršių elgesį.
Kol Einšteinas, tada jaunas patentų tarnautojas Šveicarijoje, paaiškino šį reiškinį 1905 m., Prireikė dar 16 metų, kad Nobelio premija būtų paskirta už jo darbą. Tai įvyko po to, kai amerikiečių fizikas Robertas Millikanas ne tik patikrino kūrinį, bet ir nustatė ryšį tarp vienos iš Einšteino konstantų ir Plancko konstantos. Pastaroji konstanta apibūdina, kaip dalelės ir bangos elgiasi atominiame pasaulyje.
Ankstesnius fotoelektrinio efekto teorinius tyrimus 1922 m. Atliko Arthuras Comptonas (jis parodė, kad rentgeno spinduliai taip pat gali būti traktuojami kaip fotonai ir 1927 m. Pelnė Nobelio premiją), taip pat Ralphas Howardas Fowleris 1931 m. ryšys tarp metalo temperatūros ir fotoelektrinių srovių.)
Programos
Fotoelektrinio efekto aprašymas skamba labai teoriškai, tačiau jo veikloje yra daug praktinių pritaikymų. „Britannica“ apibūdina keletą:
Iš pradžių fotoelementai buvo naudojami šviesai aptikti, naudojant vakuuminį vamzdelį, kuriame yra katodas, elektronams skleisti ir anodui surinkti susidariusią srovę. Šiandien šie „fotovamzdžiai“ yra pažengę į puslaidininkinius fotodiodus, kurie naudojami tokiose srityse kaip saulės elementai ir šviesolaidinės telekomunikacijos.
Fotokordinaciniai vamzdeliai yra fototubulio variantas, tačiau jie turi keletą metalinių plokštelių, vadinamų dynodais. Elektronai išsiskiria, kai šviesa atsitrenkia į katodus. Tada elektronai patenka į pirmąjį diodą, kuris išskiria daugiau elektronų, kurie patenka į antrąjį dinamodą, tada į trečiąjį, ketvirtąjį ir tt. Kiekvienas dinamodas stiprina srovę; maždaug po 10 dinamodų srovė yra pakankamai stipri, kad fotoelektrintuvai galėtų aptikti net pavienius fotonus. To pavyzdžiai naudojami spektroskopijoje (kuri skaido šviesą į skirtingus bangos ilgius, pavyzdžiui, kad sužinotų daugiau apie chemines žvaigždžių kompozicijas, pvz.), Ir kompiuterinės ašinės tomografijos (CAT) nuskaitymuose, tiriančiuose kūną.
Kitos fotodiodų ir fotoelektrinių multiplikatorių programos:
- vaizdavimo technologija, įskaitant (senesnius) televizijos kamerų vamzdelius ar vaizdo stiprintuvus;
- tiria branduolinius procesus;
- chemiškai analizuoti medžiagas pagal jų skleidžiamus elektronus;
- Pateikiama teorinė informacija apie tai, kaip atomai elektronai keičiasi tarp skirtingų energijos būsenų.
Tačiau, ko gero, svarbiausias fotoelektrinio efekto pritaikymas buvo kvantinės revoliucijos pradžia
Mokslinis amerikietis. Tai paskatino fizikus galvoti apie šviesos prigimtį ir atomų struktūrą visiškai nauju būdu.
