Mis on fotoelektriline efekt

Kaasaegses maailmas kasutatakse fotogalvaanilist efekti peaaegu kõikjal: alarmid, päikesepaneelid, andurid jne. Uurime sellise avastuse kohta üksikasjalikumalt.

Fotoelektrilise efekti avastamise ajalugu

Fotoelektrilise efekti avastas 19. sajandi lõpus, nimelt 1887. aastal teadlane G. Hertz, kes avastas eksperimendi käigus, et tsingipallide vaheline sädemete eraldumine läheb palju kergemini vahele, kui ühte kuuli ultraviolettvalgusega valgustada.

Samal aastal A. G. Stoletov sai teada, et valguse toimel vabaneval laengul on negatiivne märk.

1898. aastal leidsid Lenard ja Thomson, et osakeste laeng, mis valgusvoo toimel ainest välja võetakse, on võrdne elektroni erilaenguga.

Nagu näete, tekitas avastus teadusringkondades tõelist huvi ja tekitas peaaegu kohe tohutu hulga põhimõttelisi küsimusi.

Ja kõik sellepärast, et tol ajal ei suutnud ükski teooria seda mõju kuidagi vastuvõetaval viisil seletada.

Muidugi ei keelanud klassikaline metalliteooria valgusvool elektrone metallist välja lüüa.

Klassikalise arutluse kohaselt võivad elektromagnetlained elektronid struktuurist hästi välja pesta metall samamoodi nagu merelained tõusevad pinnale ja löövad erinevaid materjalid.

Ainus probleem oli see, et fotoefekti ei olnud võimalik nii lihtsalt seletada ja sellepärast:

1. Elektronid ilmusid peaaegu kohe pärast seda, kui oli alustatud metalli kiiritamist valgusvoo abil.
2. Nagu selgus, ilmnes fotoelektriline efekt isegi kõige nõrgema valgusvoo korral ja kiiritamise intensiivsuse suurenemisega jäi "välja pestud" elektronide energia muutumatuks.
3. Fotoefekt on praktiliselt inerts.
4. Igal ainel on oma fotoelektrilise efekti alumine piir. See on sagedus, kus seda efekti endiselt täheldatakse.

Need tegurid ei mahtunud klassikalisse nägemusse valguse ja elektronide koostoimest.

Nendele probleemidele leidis lahenduse kuulus füüsik A. Einstein 20. sajandi alguses. Pealegi andis tema leitud lahendus tõsise tõuke kvantmehaanika arengule.

Niisiis, vahetult enne Einsteini avastust, näitas teine ​​teadlane Max Planck, et musta keha kiirgus võib olla kirjeldada, eeldades, et aatomid võivad nii energia osades valgust kiirata kui neelata - kvandid.

Planck esitas oletuse, et selline nähtus tuleneb aatomi spetsiifilisest struktuurist, mitte valguse olemusest.

Ja nüüd esitas Albert Einstein teooria, et valgus ise jaotub nn osade kaupa, mida nimetatakse footoniteks.

Sel juhul on footonitel kahekordne olemus ja nad võivad käituda osakese ja lainena.

Niisiis, elektroniga suheldes võib footon käituda nagu osake ja, jämedalt öeldes, koputada elektroni sõna otseses mõttes aatomiorbiidilt.

Kui tuua analoogia, siis sobib kõige paremini assotsiatsioon kahe piljardikuuli kokkupõrkega.

Ja mis on tähelepanuväärne, selleks, et elektroni sel viisil välja lüüa, piisab ühest footonist. Valgustugevuse suurenemisega suureneb footonite arv (ja seega ka väljalöödud elektronide arv), kuid mitte eraldi vaadeldava elektroni energia.

Ja see tähendab, et fotoelektroni energia ega kiirus ei sõltu kuidagi valgusvoo intensiivsusest. Sõltub ainult sagedusest.

Sellise arutluse tulemusena tuletas teadlane järgmise valemi:

See võrrand kirjeldab fotoelektronide energiat.

Ja selgub, et fotoelektriline efekt pole midagi muud kui valgusvoo (või muu elektromagnetilise kiirgus) materjaliga, milles aine valguse kvandi täpse löögi tõttu lööb aine aatomist välja elektroni voolama.

Kui teile artikkel meeldis, siis ärge unustage materjali meeldima ja jagama. Tänan tähelepanu eest!