Optika és atomfizika - gyakorlati munka, 9. oldal

Ez az úgynevezett fotoelektromos hatás teljes vagy részleges felszabadulását elektronok a kötéseket az atomok az anyag hatása alatt a fény.

Ha az elektronokat kívül a megvilágított minta (összes felszabadulás). fotoelektromos hatás az úgynevezett külső. Ha azonban az elektronok veszíteni csak kommunikálni az atomok és molekulák. de belül maradnak a megvilágított anyag, mint a „szabad” elektronok (részleges felszabadulás). fotoelektromos hatás az úgynevezett belső. A felszabaduló elektronok hívják fotoelektronokat fény

A fotoelektromos hatás közös az összes, kivétel nélkül, a testek (szilárd, folyékony, gáznemű). A fotoelektromos hatás kíséri ionizációs gázmolekulák nevezzük, a gáz és a fotoionizációs.

Külső fotoelektromos hatás felfedezett 1887-ben német tudós Genrih Gerts és részletesen tanulmányozta 1890 magyar tudós században.

Leírta a három törvényt.

1 joggal. A fotoelektronok száma kibocsátott egységnyi megvilágított felület anyag egységnyi idő arányos a fény intenzitása.

2. törvény. fotoelektronokat sebesség növekszik a frekvencia a fény és nem függ a fény intenzitását.

3. törvény. A fotoelektromos hatás akkor jelentkezik, amikor adott anyaggal legkisebb frekvenciához vagy legnagyobb hullámhosszú fényt. úgynevezett „vörös határ” PhotoEffect.

A származási és az első törvényét fotoelektromos hatás magyarázható a hullám elmélet a fény, ahol fény keletkezik, akkor elosztott és formájában szívódik fel a folyamatos elektromágneses hullám, amely végezhet bármilyen energiát. Az elektromos mezőt a fényhullám, hatva az elektronok belül a megvilágított anyag. gerjeszti az ingadozások. A amplitúdója kényszerrezgés elektronok amplitúdójával arányos a fény hullám és elérheti olyan érték, amelynél kapcsolási elektronok anyaggal van törve, és elektronok hagyja az anyagot - ha és fotoelektromos hatás lép fel.

Azonban. 2. és 3. jogszabályok nemcsak magyarázható a hullám elmélet a fény, hanem ellent. Tény, hogy a sebességet a kibocsátott fotoelektronok növelni kell az amplitúdóját az elektromágneses hullám, és így növeli annak intenzitását (fény intenzitása arányos a négyzet egy fényhullám amplitúdó). De a tapasztalat azt mutatja, hogy a gyorsaság fotoelektrono nem függ a fény intenzitását.

Minden törvény, a fotoelektromos hatás könnyen magyarázható a kvantum elmélet a fény által kifejlesztett Einstein 1905-ben alapján a kvantumelmélet sugárzás Planck létre 1900. Szerint a kvantumelmélet sugárzási energia a szervezet nem fordul elő folyamatosan, részletekben (kvantum). Az energia minden egyes részének az elektromágneses sugárzás:

ahol J s - Planck-állandó,

 - frekvencia,  - sugárzás hullámhossza.

Einstein kifejlesztette Planck elméletét, ami arra utal, hogy nem csak fényt bocsát ki, hanem terjed és elnyelődik az ugyanazon anyag részek (kvantum). Ők később hívják fotonokat. Jelentkezés az a jelenség, a fotoelektromos hatás fémek törvénye az energiamegmaradás, Einstein javasolta az alábbi képlet szerint:

ahol A - fém elektron munkateljesítmény,

- A maximális sebesség a fotoelektron,

m - az elektron tömege.

Einstein szerint egyes foton által elnyelt csak egy elektront, és az a része a beeső foton energiát fogyaszt, hogy végre az elektron kilépési munkáját a fém, és a maradék az elektron kinetikus energia.

Megjegyezzük, hogy a fotoelektronokat kibocsátott fém eltérő árak miatt fém kinetikus energia elektronok más, és a fém eltávolítása kívül más elektronok kell mondani egyenlőtlen energia. A legmagasabb rendelkeznek azok emittált elektronok a fém, amelyre ejekciós szükséges fordítsuk a legkevésbé energia egyenlő a kilépési munka.

Einstein képlet jól törvények a fotoelektromos hatás magyarázza. Látható, hogy a sebesség a fotoelektronok növekszik a frekvencia a beeső fény, és nem függ annak intenzitása (mivel az A és ν függetlenek intenzitás). A fotoelektromos hatás léphet fel a fém biztosított. if.

Ellenkező esetben, a fotonenergia nem elegendő kiadásához egy elektron.

A legalacsonyabb frekvenciájú fény, ami akkor jelentkezik a hatása alatt a fotoelektromos hatás. Ez az úgynevezett fotoelektromos küszöböt.

Ez határozza meg a feltétel:

Ez általában kifejezett maximális hullámhossza:

A számszerű értékek a fotoelektromos küszöb néhány felsorolt ​​anyagok az alábbi táblázatban:

Tól kvantumelmélet, hogy a fény intenzitása arányos a fotonok száma. Ezért a száma, a kibocsátott fotonok arányos a fény intenzitása. - ez magyarázza a 1 törvény a fotoelektromos hatás.

A félvezetők és szigetelők mellett külső fotoelektromos hatás figyelhető meg benne. Ez akkor fordul elő, feltéve, és képződése kíséri szabad elektronok. növelése vezetőképessége anyagok - az elektron leválása munkája az atom. A fémek, a belső fotoelektromos hatás nem figyelhető meg. mert bennük sok szabad elektronok és enyhe növekedés számuk miatt a belső fotoelektromos hatás gyakorlatilag nincs hatása a vezetőképesség a fém. Dielektrikumokban elektron kötési energia nagy atomok. így nincs belső. nincs külső fotoelektromos hatás dielektrikumokban gyakorlati alkalmazása nem.

Összefoglalva, azt hangsúlyozzák, hogy a fényelektromos hatás, és felfedi a kvantum fény természetéről. elutasítja hullám természetű. hanem kiegészíti azt. Fény szolenoid összetett folyamat. kettős (hullám-részecske) jellegét. Bizonyos jelenségek, mint a beavatkozás, diffrakció, polarizáció, hullám természete fény látható, más - a sugárzás, a fényelektromos hatás, stb -. A kvantum fény természete.

Alapján a külső és belső fotoelektromos hatás által létrehozott többféle eszközt, hogy a fényt átalakítja elektromos jellé. Ezek közé tartozik a napelemek, fotoellenállások, fotoelektron sokszorozó csöveket, képátalakító, amely továbbítja televíziós csövek, fotodiódák, stb A külső fotoelektromos hatás alapú működését vákuum fotocellák. Szerkezetileg, ki vannak alakítva, mint egy üveggömböt, evakuáljuk nagyvákuumban (1. ábra). Része a zsák belső felületét bevonják egy fényérzékeny anyag, úgynevezett fotokatód. Az itt használt fotokatódnál anyag alacsony kilépési munka. Az ilyen anyagok antimon vegyületként egy vagy több alkálifém-vegyületek és az ezüst - cézium. Az anód egy fém gyűrűt vagy háló, közepére helyezett a henger.

A függőség fotoáram között alkalmazott erő nagysága a katód és az anód feszültségét állandó fényerősség nevezzük az áram-feszültség karakterisztika (IV karakterisztika) fotocella. Azt a bemutatott formában (2. ábra). Az enyhe ívben a fejlődés annak a ténynek köszönhető. hogy az emittált elektronok a katód különböző sebességgel. Néhányan közülük megfelelően nagy sebességgel, és. repülő tehetetlenségi tér között, az anód és a katód. Rövid láncot. Ez magyarázza a jelenléte áram az hiányában az anód feszültség. (Szegmens: 0 - 1). Eléréséhez a jelenlegi nulla az anód szükséges alkalmazni a negatív feszültség a késedelem. Ennél a feszültség bármelyik elektronok maximális sebessége még nem tudja elérni az anód. Ezért tudjuk írni:

ahol - a kinetikus energia az elektron.

3 - 4 - egy aktuális telítési tartományban. Ebben a régióban, az összes emittált elektronok által a katód, az anód esik. Hogy növelje a telítési áram növelése érdekében szükség van a fény intenzitását.

Az egyik legfontosabb paraméterei bármely egész érzékenysége a fotocella egyenlő a telítési a fotoáram alatt fényáram 1 lm. A fő hátránya az alacsony vákuum fotocellával szerves érzékenységét. Jelentősen nagyobb szerves érzékenysége van fotoelektron-sokszorozó (PMT).

A jelenség a belső fotoelektromos hatás félvezetők alapú szeleppel fotocellák és fotoellenállások. Ezek úgy vannak elrendezve a következőképpen. M egy fém szubsztrátum, egy réteg a félvezető P (3. ábra). A fém - félvezető fogva különböző fizikai tulajdonságai a záróréteg képződik, amely közvetíti a hordozók az egyik irányba - a félvezető a fém.

Amikor megvilágított félvezető abban kialakított nagyobb számú szabad elektronok, így az egyensúlyi hordozó eloszlását az érintkezési tartományban a jelenlegi van törve, és az elektronok átkerülnek a félvezető, hogy a fém a töltés egy fém negatív és a félvezető - pozitív. Így. A fém - félvezető, amely két ellentétes pólus, és ha csatlakozni vezető áramkör egy áram fog folyni nélkül - minden további áramforrás. Más szóval, a szelep napelem maga az áramforrással.

EMF jelenség előfordulását fényben kapcsolati fém - félvezető brushless úgynevezett fotoelektromos hatás.

Ellentétben a vákuum szelep fotocellák közvetlenül átalakítani fény energiát elektromos energiává alakítja. A leghatékonyabbnak fotocellák szelepet használatán alapuló közötti érintkezés két elektronikus félvezetők (n) és a furat (p) vezetési típusú, azaz az úgynevezett p-n - átmenet.

Több tíz sorba kapcsolt p-n - átmenetek alkotják a napelem.

Szelep napelemek jelentősen magasabb kumulatív érzékenysége, mint vákuumban.

Photoresistor lerakódnak az üveglapot a félvezető réteget, amelyre felszíni megerősített árambevezető elektródák (4. ábra). Amikor világít félvezető vivők száma ott meredeken emelkedik, és az ellenállás drámaian csökken. Megváltoztatva a fény fényereje vezérelhető áramköri ellenállás széles tartományban.

A létesítmény leírása és a haladás, a munka.

Ebben a tanulmányban a vákuum fotocella antimon - cézium-katód. A piros él fotoelektromos mikron. A területet a fotokatóddal

A laboratórium beállítás lehetővé teszi, hogy:

Annak vizsgálatára, az áram-feszültség karakterisztika (IV karakterisztika) fotocella.

Határozzuk meg annak szerves érzékenységét.

Ellenőrizze az első törvény a fotoelektromos hatás.

Elektromos szerelési rendszer az 5. ábra mutatja. Potenciométer P simán változtatni a feszültséget az anód A. A feszültség által mért voltmérő. az erejét a fényáram microamps. A katód K által megvilágított egy izzólámpa LA amely lehet mozgatni mentén AB vonal. Az intenzitás a beeső fény a katód szabályozott távolság r a lámpa és fotocella F.