Efekti fotoelektrik është fenomeni i elektroneve që nxjerrin dritën nga një metal (i jashtëm)

Efekti fotoelektrik është emetimi i elektroneve nga një substancë nën ndikimin e dritës (ose ndonjë rrezatimi tjetër elektromagnetik). Në substancat e kondensuar (të ngurta dhe të lëngshme), ekziston një efekt fotoelektrik i jashtëm dhe i brendshëm.

Efekti i jashtëm fotoelektrik (emetimi i fotoelektronit) është emetimi i elektroneve nga një substancë nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik. Elektronet e emetuara nga një substancë gjatë një efekti të jashtëm fotoelektrik quhen fotoelektrone, dhe rryma elektrike e krijuar prej tyre gjatë lëvizjes së urdhëruar në një fushë elektrike të jashtme quhet fotorrymë.

Efekti i brendshëm fotoelektrik është rishpërndarja e elektroneve midis gjendjeve energjetike në gjysmëpërçuesit e ngurtë dhe të lëngshëm dhe dielektrikë, i cili ndodh nën ndikimin e rrezatimit. Ajo manifestohet në një ndryshim në përqendrimin e transportuesve të ngarkesës në medium dhe çon në shfaqjen e fotopërçueshmërisë ose efektit fotoelektrik të portës.

Fotopërçueshmëria është një rritje në përçueshmërinë elektrike të një substance nën ndikimin e rrezatimit.

Efekti fotoelektrik i portës është një lloj efekti i brendshëm fotoelektrik - kjo është shfaqja e një emf (foto emf) kur ndriçon kontaktin e dy gjysmëpërçuesve të ndryshëm ose një gjysmëpërçuesi dhe një metali (në mungesë të një fushe elektrike të jashtme). Efekti fotoelektrik i valvulës hap rrugën për shndërrimin e drejtpërdrejtë të energjisë diellore në energji elektrike.

Efekti fotoelektrik multifoton është i mundur nëse intensiteti i dritës është shumë i lartë (për shembull, kur përdorni rreze lazer). Në këtë rast, një elektron i emetuar nga një metal mund të marrë njëkohësisht energji jo nga një, por nga disa fotone.

Ligjet e Stoletovit

Ligji i Parë
Duke studiuar varësinë e rrymës në cilindër nga tensioni midis elektrodave me një fluks konstant të dritës në njërën prej tyre, ai vendosi ligjin e parë të efektit fotoelektrik.

Fotorryma e ngopjes është proporcionale me përplasjen e fluksit të dritës në metal.

Sepse Forca aktuale përcaktohet nga madhësia e ngarkesës, dhe fluksi i dritës përcaktohet nga energjia e rrezes së dritës, atëherë mund të themi:

numri i elektroneve të rrëzuara nga një substancë në 1 s është proporcional me intensitetin e rënies së dritës në këtë substancë.

Ligji i dytë

Duke ndryshuar kushtet e ndriçimit në të njëjtin instalim, A. G. Stoletov zbuloi ligjin e dytë të efektit fotoelektrik: energjia kinetike e fotoelektroneve nuk varet nga intensiteti i dritës së rënë, por varet nga frekuenca e saj.

Nga përvoja rezulton se nëse frekuenca e dritës rritet, atëherë, në një fluks konstant të dritës, rritet tensioni bllokues dhe, për rrjedhojë, rritet edhe energjia kinetike e fotoelektroneve. Kështu, energjia kinetike e fotoelektroneve rritet në mënyrë lineare me frekuencën e dritës.

Ligji i tretë

Duke zëvendësuar materialin fotokatodë në pajisje, Stoletov vendosi ligjin e tretë të efektit fotoelektrik: për secilën substancë ekziston një kufi i kuq i efektit fotoelektrik, d.m.th. Ekziston një frekuencë minimale nmin në të cilën efekti fotoelektrik është ende i mundur.

Ligji i ruajtjes së energjisë, i shkruar nga Ajnshtajni për efektin fotoelektrik, është pohimi se energjia e një fotoni të fituar nga një elektron e lejon atë të largohet nga sipërfaqja e përcjellësit, duke përfunduar funksionin e tij të punës. Pjesa tjetër e energjisë realizohet në formën e energjisë kinetike të elektronit tashmë të lirë

Energjia e fotonit të rënë shpenzohet në elektronin që kryen punën A nga metali dhe në dhënien e energjisë kinetike mv2max/2 tek fotoelektroni i emetuar. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë,

(203.1)

Ekuacioni (203.1) quhet ekuacioni i Ajnshtajnit për efektin e jashtëm fotoelektrik.

Efekti Compton

Ndryshimi në gjatësinë e valës së dritës kur shpërndahet nga elektronet e lidhura

EKSPERIMENTET E RUTHERFORDIT MODELI PLANETAR I ATOMIT

Eksperimentet e Rutherford. Masa e elektroneve është disa mijëra herë më e vogël se masa e atomeve. Meqenëse atomi në tërësi është neutral, prandaj, pjesa më e madhe e masës së atomit është në pjesën e tij të ngarkuar pozitivisht.

Për të studiuar në mënyrë eksperimentale shpërndarjen e ngarkesës pozitive, dhe rrjedhimisht masës, brenda një atomi, Ernest Rutherford propozoi në vitin 1906 që të përdorej hetimin e atomit duke përdorur -grimca. Këto grimca lindin nga prishja e radiumit dhe disa elementeve të tjerë. Masa e tyre është afërsisht 8000 herë masa e një elektroni, dhe ngarkesa e tyre pozitive është e barabartë në madhësi me dyfishin e ngarkesës së elektronit. Këto nuk janë asgjë më shumë se atome të heliumit plotësisht të jonizuar. Shpejtësia e grimcave është shumë e lartë: është 1/15 e shpejtësisë së dritës.

Rutherford bombardoi atomet e elementeve të rënda me këto grimca. Për shkak të masës së tyre të ulët, elektronet nuk mund të ndryshojnë dukshëm trajektoren e një grimce, ashtu si një guralec që peshon disa dhjetëra gram kur përplaset me një makinë nuk mund të ndryshojë ndjeshëm shpejtësinë e tij.

Modeli planetar i atomit. Bazuar në eksperimentet e tij, Rutherford krijoi një model planetar të atomit. Në qendër të atomit është një bërthamë e ngarkuar pozitivisht, në të cilën është përqendruar pothuajse e gjithë masa e atomit. Në përgjithësi, atomi është neutral. Prandaj, numri i elektroneve brendaatomike, si ngarkesa e bërthamës, është e barabartë me numrin atomik të elementit në tabelën periodike. Është e qartë se elektronet nuk mund të jenë të qetë brenda një atomi, pasi ato do të binin në bërthamë. Ata lëvizin rreth bërthamës, ashtu si planetët rrotullohen rreth Diellit. Kjo natyrë e lëvizjes së elektroneve përcaktohet nga veprimi i forcave tërheqëse të Kulombit nga bërthama.

Tregon përvojë të thjeshtë. Nëse një pllakë zinku e ngarkuar negativisht e lidhur me një elektroskop (një pajisje që tregon praninë e një ngarkese elektrike) ndriçohet me dritën e një llambë ultravjollcë, atëherë gjilpëra e elektroskopit do të shkojë shumë shpejt në gjendjen zero. Kjo tregon që ngarkesa është zhdukur nga sipërfaqja e pllakës. Nëse i njëjti eksperiment kryhet me një pllakë të ngarkuar pozitivisht, gjilpëra e elektroskopit nuk do të devijojë fare. Ky eksperiment u krye për herë të parë në 1888 nga fizikani rus Alexander Grigorievich Stoletov.

Alexander Grigorievich Stoletov

Çfarë ndodh me një substancë kur mbi të bie drita?

Ne e dimë se drita është rrezatim elektromagnetik, një rrymë grimcash kuantike - fotone. Kur rrezatimi elektromagnetik bie mbi një metal, një pjesë e tij reflektohet nga sipërfaqja dhe një pjesë absorbohet nga shtresa sipërfaqësore. Kur absorbohet, një foton ia jep energjinë e tij elektronit. Pasi ka marrë këtë energji, elektroni punon dhe largohet nga sipërfaqja e metalit. Si pllaka ashtu edhe elektroni kanë një ngarkesë negative, kështu që ata zmbrapsin njëri-tjetrin dhe elektroni nxirret nga sipërfaqja.

Nëse pllaka është e ngarkuar pozitivisht, elektroni negativ i rrëzuar nga sipërfaqja do të tërhiqet përsëri nga ajo dhe nuk do të largohet nga sipërfaqja e saj.

Historia e zbulimit

Fenomeni i efektit fotoelektrik u zbulua në fillim të shekullit të 19-të.

Në 1839, shkencëtari francez Alexandre Edmond Becquerel vëzhgoi efektin fotovoltaik në ndërfaqen e një elektrode metalike dhe një lëngu (elektrolit).

Alexander Edmond Becquerel

Në 1873, inxhinieri anglez elektrik Smith Willoughby zbuloi se nëse seleni ekspozohet ndaj rrezatimit elektromagnetik, përçueshmëria e tij elektrike ndryshon.

Ndërsa kryente eksperimente mbi studimin e valëve elektromagnetike në 1887, fizikani gjerman Heinrich Hertz vuri re se një kondensator i ngarkuar shkarkohet shumë më shpejt nëse pllakat e tij ndriçohen me rrezatim ultravjollcë.

Heinrich Hertz

Në vitin 1888, fizikani eksperimental gjerman Wilhelm Galwachs zbuloi se kur një metal rrezatohet me rrezatim ultravjollcë me valë të shkurtër, metali humb ngarkesën e tij negative, domethënë vërehet fenomeni i efektit fotoelektrik.

Një kontribut i madh në studimin e efektit fotoelektrik u dha nga fizikani rus Alexander Grigorievich Stoletov, i cili kreu eksperimente të hollësishme mbi studimin e efektit fotoelektrik në 1888-1890. Për ta bërë këtë, ai krijoi një pajisje të veçantë të përbërë nga dy disqe paralele. Një nga këto disqe katodë, prej metali, ndodhej brenda një kuti xhami. Një disk tjetër anodë, ishte një rrjetë metalike e aplikuar në fund të kutisë prej xhami kuarci. Xhami i kuarcit nuk u zgjodh rastësisht nga shkencëtari. Fakti është se ai transmeton të gjitha llojet e valëve të dritës, përfshirë rrezatimin ultravjollcë. Xhami i zakonshëm bllokon rrezatimin ultravjollcë. Ajri u pompua nga banesa. Në secilin prej disqeve u aplikua një tension: negativ në katodë, pozitiv në anodë.

Përvoja e Stoletov

Gjatë eksperimenteve, shkencëtari ndriçoi katodën përmes xhamit me dritë të kuqe, jeshile, blu dhe ultravjollcë. Madhësia e rrymës u regjistrua nga një galvanometër, në të cilin elementi kryesor ishte një pasqyrë. Në varësi të madhësisë së fotorrymës, pasqyra u devijua në kënde të ndryshme. Rrezet ultraviolet patën efektin më të madh. Dhe sa më shumë prej tyre të ketë në spektër, aq më i fortë është ndikimi i dritës.

Stoletov zbuloi se vetëm ngarkesat negative lëshohen nën ndikimin e dritës.

Katoda ishte bërë nga metale të ndryshme. Më të ndjeshmet ndaj dritës ishin metalet si alumini, bakri, zinku, argjendi dhe nikeli.

Në 1898, u zbulua se ngarkesat negative të lëshuara gjatë efektit fotoelektrik janë elektrone.

Dhe në vitin 1905, Albert Einstein shpjegoi fenomenin e efektit fotoelektrik si një rast të veçantë të ligjit të ruajtjes dhe transformimit të energjisë.

Fotoefekt i jashtëm

Fotoefekt i jashtëm

Procesi i largimit të elektroneve nga një substancë nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik quhet fotoefekt i jashtëm, ose emetimi i fotoelektronit. Elektronet e emetuara nga sipërfaqja quhen fotoelektrone. Prandaj, quhet rryma elektrike që formohet gjatë lëvizjes së tyre të porositur fotorrymë.

Ligji i parë i efektit fotoelektrik

Fuqia e fotorrymës është drejtpërdrejt proporcionale me densitetin e fluksit të dritës. Sa më i lartë të jetë intensiteti i rrezatimit, aq më i madh është numri i elektroneve që do të eliminohen nga katoda në 1 s.

Intensiteti i fluksit të dritës është proporcional me numrin e fotoneve. Me rritjen e numrit të fotoneve, rritet numri i elektroneve që largohen nga sipërfaqja metalike dhe krijojnë një fotorrymë. Rrjedhimisht, rryma rritet.

Ligji i dytë i efektit fotoelektrik

Energjia maksimale kinetike e elektroneve të nxjerra nga drita rritet në mënyrë lineare me frekuencën e dritës dhe nuk varet nga intensiteti i saj.

Energjia e zotëruar nga një aksident i fotonit në sipërfaqe është e barabartë me:

E = h ν , Ku ν - frekuenca e fotonit të incidentit; h - Konstantja e Plankut.

Duke marrë energji E , elektroni kryen një funksion pune φ . Pjesa tjetër e energjisë është energjia kinetike e fotoelektronit.

Ligji i ruajtjes së energjisë nënkupton barazinë e mëposhtme:

h·ν=φ + W e , Ku Ne e - energjia kinetike maksimale e një elektroni në momentin e largimit nga metali.

h·ν=φ + m v 2/2

Ligji i tretë i efektit fotoelektrik

Për secilën substancë ekziston një kufi i kuq i efektit fotoelektrik, domethënë një frekuencë minimale e dritës ν min(ose gjatësia maksimale e valës λ max), në të cilën efekti fotoelektrik është ende i mundur, dhe nëse ν˂ ν min, atëherë efekti fotoelektrik nuk ndodh më.

Efekti fotoelektrik shfaqet duke u nisur nga një frekuencë e caktuar drite νmin . Në këtë frekuencë, të quajtur Kufiri "i kuq" i efektit fotoelektrik, fillon emetimi i elektroneve.

h ν min = φ .

Nëse frekuenca e fotonit është më e ulët νmin , energjia e tij nuk do të jetë e mjaftueshme për të "rrëzuar" një elektron nga metali.

Efekti i brendshëm fotoelektrik

Nëse nën ndikimin e rrezatimit elektronet humbin lidhjen me atomet e tyre, por nuk lënë gjysmëpërçues dhe dielektrikë të ngurtë dhe të lëngët, por mbeten brenda tyre si elektrone të lirë, atëherë ky efekt fotoelektrik quhet i brendshëm. Si rezultat, elektronet rishpërndahen midis gjendjeve të energjisë. Përqendrimi i bartësve të ngarkesës ndryshon dhe a fotopërçueshmëri(rritja e përçueshmërisë kur ekspozohet ndaj dritës).

Efekti i brendshëm fotoelektrik përfshin gjithashtu efekt fotoelektrik i valvulës, ose efekt fotoelektrik në shtresën e barrierës. Ky efekt fotoelektrik ndodh kur, nën ndikimin e dritës, elektronet largohen nga sipërfaqja e një trupi dhe kalojnë në një trup tjetër, duke kontaktuar - një gjysmëpërçues ose elektrolit.

Aplikimi i efektit fotoelektrik

Quhen të gjitha pajisjet, parimi i funksionimit të të cilave bazohet në efektin fotoelektrik fotocelat. Fotocela e parë në botë ishte pajisja e Stoletov, e krijuar prej tij për të kryer eksperimente për të studiuar efektin fotoelektrik.

Fotocelat përdoren gjerësisht në një shumëllojshmëri të gjerë pajisjesh në automatizim dhe telemekanikë. Pa fotocela, është e pamundur të kontrollohen makinat kompjuterike të kontrollit numerik (CNC), të cilat mund të krijojnë pjesë sipas vizatimeve pa ndërhyrjen njerëzore. Me ndihmën e tyre, tingulli lexohet nga filmi. Ato janë pjesë e pajisjeve të ndryshme të kontrollit dhe ndihmojnë në ndalimin dhe bllokimin e pajisjes në kohën e duhur. Me ndihmën e fotocelave, ndriçimi i rrugëve ndizet në mbrëmje dhe fiket në agim. Ato ndihmojnë në kontrollin e rrotullave në metro dhe fenerët në tokë, dhe ulin pengesën kur një tren i afrohet një vendkalimi. Ato përdoren në teleskopë dhe panele diellore.

Ligjet e efektit të jashtëm fotoelektrik

Së bashku me rrezatimin termik, një fenomen që nuk përshtatet në kuadrin e fizikës klasike është efekti fotoelektrik.

Efekti i jashtëm fotoelektrik është fenomeni i emetimit të elektroneve nga një substancë kur rrezatohet nga valët elektromagnetike.

Efekti fotoelektrik u zbulua nga Hertz në 1887. Ai vuri re se shkëndija midis topave të zinkut lehtësohej nëse hendeku ndërshkëndijash rrezatohej me dritë. Ligji i efektit të jashtëm fotoelektrik u studiua eksperimentalisht nga Stoletov në 1888. Diagrami për studimin e efektit fotoelektrik është paraqitur në Fig. 1.

Fig.1.

Katoda dhe anoda janë të vendosura në një tub vakum, pasi ndotja e parëndësishme e sipërfaqes së metalit ndikon në emetimin e elektroneve. Katoda ndriçohet me dritë monokromatike përmes një dritareje kuarci (kuarci, ndryshe nga xhami i zakonshëm, transmeton dritën ultravjollcë). Tensioni midis anodës dhe katodës rregullohet nga një potenciometër dhe matet me një voltmetër. Dy bateri dhe të lidhura me njëra-tjetrën ju lejojnë të ndryshoni vlerën dhe shenjën e tensionit duke përdorur një potenciometër. Fuqia e fotorrymës matet me një galvanometër.

Në Fig.2. tregohen lakoret e varësisë së forcës së fotorrymës nga tensioni që korrespondon me ndriçimin e ndryshëm të katodës dhe (). Frekuenca e dritës është e njëjtë në të dyja rastet.

ku dhe janë ngarkesa dhe masa e elektronit.

Me rritjen e tensionit, fotorryma rritet pasi më shumë fotoelektrone arrijnë në anodë. Vlera maksimale e fotorrymës quhet fotorrymë e ngopjes. Ai korrespondon me vlerat e tensionit në të cilat të gjitha elektronet e rrëzuara nga katoda arrijnë në anodë: , ku është numri i fotoelektroneve të emetuara nga katoda në 1 sekondë.

Stoletov vendosi eksperimentalisht ligjet e mëposhtme të efektit fotoelektrik:

U shfaqën vështirësi serioze në shpjegimin e ligjit të dytë dhe të tretë. Sipas teorisë elektromagnetike, nxjerrja e elektroneve të lira nga një metal duhet të jetë rezultat i "lëkundjes" së tyre në fushën elektrike të valës. Atëherë nuk është e qartë pse shpejtësia maksimale e elektroneve të emetuara varet nga frekuenca e dritës, dhe jo nga amplituda e lëkundjeve të vektorit të forcës së fushës elektrike dhe intensiteti i valës shoqëruese. Vështirësitë në interpretimin e ligjeve të dytë dhe të tretë të efektit fotoelektrik kanë ngritur dyshime në lidhje me zbatueshmërinë universale të teorisë valore të dritës.

Ekuacioni i Ajnshtajnit për efektin fotoelektrik

Në vitin 1905, Ajnshtajni shpjegoi ligjet e efektit fotoelektrik duke përdorur teorinë e tij kuantike të propozuar. Drita jo vetëm që emetohet nga frekuenca, siç supozoi Planck, por gjithashtu absorbohet nga materia në pjesë të caktuara (kuanta). Drita është një rrymë kuante drite diskrete (fotone) që lëvizin me shpejtësinë e dritës. Energjia kuantike është e barabartë me . Çdo kuant përthithet nga vetëm një elektron. Prandaj, numri i elektroneve të nxjerra duhet të jetë proporcional me intensitetin e dritës (ligji 1 i efektit fotoelektrik).

Energjia e fotonit të rënë shpenzohet në elektronin që kryen punën e largimit nga metali dhe në dhënien e energjisë kinetike fotoelektronit të emetuar:

(2)

Ekuacioni (2) quhet ekuacioni i Ajnshtajnit për efektin fotoelektrik të jashtëm. Ekuacioni i Ajnshtajnit shpjegon ligjet e dyta dhe të treta të efektit fotoelektrik. Nga ekuacioni (2) rrjedh drejtpërdrejt se energjia kinetike maksimale rritet me rritjen e frekuencës së dritës rënëse. Ndërsa frekuenca zvogëlohet, energjia kinetike zvogëlohet dhe në një frekuencë të caktuar bëhet e barabartë me zero dhe efekti fotoelektrik ndalon (). Nga këtu

ku është numri i fotoneve të përthithur.

Në këtë rast, kufiri i kuq i efektit fotoelektrik zhvendoset drejt frekuencave më të ulëta:

.

(5)

Përveç efektit fotoelektrik të jashtëm, është i njohur edhe fotoefekti i brendshëm. Kur gjysmëpërçuesit e ngurtë dhe të lëngët dhe dielektrikët rrezatohen, elektronet lëvizin nga një gjendje e lidhur në një gjendje të lirë, por nuk fluturojnë jashtë. Prania e elektroneve të lira shkakton fotopërçueshmëri. Fotopërçueshmëria është një rritje në përçueshmërinë elektrike të një substance nën ndikimin e dritës.

Fotoni dhe vetitë e tij

Fenomenet e interferencës, difraksionit dhe polarizimit mund të shpjegohen vetëm nga vetitë valore të dritës. Megjithatë, efekti fotoelektrik dhe rrezatimi termik janë vetëm korpuskulare (duke marrë parasysh dritën një fluks fotonesh). Përshkrimet valore dhe kuantike të vetive të dritës plotësojnë njëra-tjetrën. Drita është edhe valë edhe grimcë. Ekuacionet bazë që vendosin lidhjen midis vetive të valës dhe korpuskulës janë si më poshtë:

(7)

Dhe janë sasi që karakterizojnë një grimcë, dhe janë një valë.

Masën e fotonit e gjejmë nga relacioni (6): .

Një foton është një grimcë që lëviz gjithmonë me shpejtësinë e dritës dhe ka një masë pushimi zero. Momenti i fotonit është i barabartë me: .

Efekti Compton

Vetitë më të plota korpuskulare manifestohen në efektin Compton. Në vitin 1923, fizikani amerikan Compton studioi shpërndarjen e rrezeve X nga parafina, atomet e së cilës janë të lehta.

Nga pikëpamja valore, shpërndarja e rrezeve X është për shkak të dridhjeve të detyruara të elektroneve të substancës, kështu që frekuenca e dritës së shpërndarë duhet të përkojë me frekuencën e dritës rënëse. Megjithatë, një gjatësi vale më e gjatë u gjet në dritën e shpërndarë. nuk varet nga gjatësia valore e rrezeve X të shpërndara dhe nga materiali i substancës shpërhapëse, por varet nga drejtimi i shpërndarjes. Le të jetë këndi midis drejtimit të rrezes parësore dhe drejtimit të dritës së shpërndarë, atëherë , ku (m).

Ky ligj është i vërtetë për atomet e lehta ( , , , ) që kanë elektrone të lidhura dobët me bërthamën. Procesi i shpërndarjes mund të shpjegohet me përplasjen elastike të fotoneve me elektronet. Kur ekspozohen ndaj rrezeve X, elektronet ndahen lehtësisht nga atomi. Prandaj, mund të merret parasysh shpërndarja nga elektronet e lira. Një foton me vrull përplaset me një elektron të palëvizshëm dhe i jep atij një pjesë të energjisë, dhe vetë merr vrull (Fig. 3).

Fig.3.

Duke përdorur ligjet e ruajtjes së energjisë dhe momentit për një ndikim absolutisht elastik, marrim shprehjen e mëposhtme: , që përkon me atë eksperimentale, ndërsa , e cila vërteton teorinë korpuskulare të dritës.

Lumineshenca, fotolumineshenca dhe parimet e saj themelore

Luminescenca është rrezatim jo ekuilibër që është i tepërt në një temperaturë të caktuar mbi rrezatimin termik. Lumineshenca ndodh nën ndikimin e ndikimeve të jashtme që nuk shkaktohen nga ngrohja e trupit. Ky është një shkëlqim i ftohtë. Në varësi të metodës së ngacmimit, ato dallohen: fotolumineshenca (nën ndikimin e dritës), kimilumineshenca (nën ndikimin e reaksioneve kimike), katodolumineshenca (nën ndikimin e elektroneve të shpejta) dhe elektrolumineshenca (nën ndikimin e një fushe elektrike) .

Lumineshenca që ndalon menjëherë (s) pas zhdukjes së ndikimit të jashtëm quhet fluoreshencë. Nëse luminescenca zhduket brenda s pas përfundimit të ekspozimit, atëherë ajo quhet fosforeshencë.

Substancat që ndriçojnë quhen fosfore. Këto përfshijnë komponimet e uraniumit, tokat e rralla, si dhe sistemet e konjuguara në të cilat lidhjet alternojnë, komponimet aromatike: fluorescein, benzen, naftalinë, antracen.

Fotolumineshenca i bindet ligjit të Stokes: frekuenca e dritës emocionuese është më e madhe se frekuenca e emetuar , ku është pjesa e energjisë së absorbuar që shndërrohet në nxehtësi.

Karakteristika kryesore e lumineshencës është rendimenti kuantik i barabartë me raportin e numrit të kuanteve të absorbuara me numrin e kuanteve të emetuara. Ka substanca, rendimenti kuantik i të cilave është afër 1 (për shembull, fluoresceina). Antraceni ka një rendiment kuantik prej 0,27.

Fenomeni i lumineshencës përdoret gjerësisht në praktikë. Për shembull, analiza lumineshente është një metodë për përcaktimin e përbërjes së një substance nga shkëlqimi i saj karakteristik. Metoda është shumë e ndjeshme (përafërsisht) për të zbuluar sasi të vogla të papastërtive dhe përdoret për kërkime të sakta në fushat e kimisë, biologjisë, mjekësisë dhe industrisë ushqimore.

Zbulimi i defektit lumineshent ju lejon të zbuloni çarjet më të imëta në sipërfaqen e pjesëve të makinës (sipërfaqja që ekzaminohet është e mbuluar me një zgjidhje lumineshente, e cila, pas heqjes, mbetet në çarje).

Fosforet përdoren në llambat fluoreshente, janë mediumi aktiv i gjeneratorëve kuantikë optikë dhe përdoren në konvertuesit elektron-optikë. Përdoret për të bërë tregues ndriçues për pajisje të ndryshme.

Parimet fizike të pajisjeve të shikimit të natës

Baza e pajisjes është një konvertues elektron-optik (EOC), i cili konverton një imazh të një objekti në rrezet IR të padukshme për syrin në një imazh të dukshëm (Fig. 4).

Fig.4.

1 – fotokatodë, 2 – lente elektronike, 3 – ekran lumineshent,

Rrezatimi infra i kuq nga një objekt shkakton emetim fotoelektroni nga sipërfaqja e fotokatodës, dhe sasia e emetimit nga pjesë të ndryshme të kësaj të fundit ndryshon në përputhje me shpërndarjen e shkëlqimit të imazhit të projektuar mbi të. Fotoelektronet përshpejtohen nga fusha elektrike në zonën midis fotokatodës dhe ekranit, fokusohen nga thjerrëzat elektronike dhe bombardojnë ekranin, duke bërë që ai të shkëlqejë. Intensiteti i shkëlqimit të pikave individuale të ekranit varet nga densiteti i fluksit të fotoelektroneve, si rezultat i të cilit një imazh i dukshëm i objektit shfaqet në ekran.

Hyrje

1. Historia e zbulimit të efektit fotoelektrik

2. Ligjet e Stoletov

3. Ekuacioni i Ajnshtajnit

4. Efekti i brendshëm fotoelektrik

5. Zbatimi i dukurisë së efektit fotoelektrik

Referencat

Hyrje

Fenomene të shumta optike u shpjeguan vazhdimisht bazuar në idetë rreth natyrës valore të dritës. Sidoqoftë, në fund të shekullit të 19-të - fillimi i shekullit të 20-të. U zbuluan dhe u studiuan fenomene të tilla si efekti fotoelektrik, rrezatimi me rreze X, efekti Compton, rrezatimi i atomeve dhe molekulave, rrezatimi termik dhe të tjera, shpjegimi i të cilave nga pikëpamja valore doli të ishte i pamundur. Një shpjegim i fakteve të reja eksperimentale u mor në bazë të ideve korpuskulare rreth natyrës së dritës. Një situatë paradoksale u ngrit në lidhje me përdorimin e modeleve fizike krejtësisht të kundërta të valëve dhe grimcave për të shpjeguar fenomenet optike. Në disa dukuri, drita shfaqi veti valore, në të tjera - veti korpuskulare.

Ndër dukuritë e ndryshme në të cilat manifestohet efekti i dritës në materie, një vend të rëndësishëm zë efekt fotoelektrik, pra emetimi i elektroneve nga një substancë nën ndikimin e dritës. Analiza e këtij fenomeni çoi në idenë e kuanteve të dritës dhe luajti një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm në zhvillimin e koncepteve teorike moderne. Në të njëjtën kohë, efekti fotoelektrik përdoret në fotocelat, të cilat kanë marrë aplikim jashtëzakonisht të gjerë në fusha të ndryshme të shkencës dhe teknologjisë dhe premtojnë perspektiva edhe më të pasura.

1. Historia e zbulimit të efektit fotoelektrik

Zbulimi i efektit fotoelektrik duhet t'i atribuohet vitit 1887, kur Hertz zbuloi se ndriçimi i elektrodave të një hendeku të ndezur të ndezjes me dritë ultravjollcë lehtëson kalimin e një shkëndije midis tyre.

Fenomeni i zbuluar nga Hertz mund të vërehet në eksperimentin e mëposhtëm lehtësisht të realizueshëm (Fig. 1).

Madhësia e hendekut të shkëndijës F zgjidhet në atë mënyrë që në një qark të përbërë nga një transformator T dhe një kondensator C, një shkëndijë rrëshqet me vështirësi (një ose dy herë në minutë). Nëse elektrodat F, të bëra nga zink i pastër, ndriçohen me dritën e një llambë merkuri Hg, atëherë shkarkimi i kondensatorit lehtësohet shumë: një shkëndijë fillon të kërcejë Fig. 1. Skema e eksperimentit të Hercit.

Efekti fotoelektrik u shpjegua në 1905 nga Albert Ajnshtajni (për të cilin ai mori çmimin Nobel në 1921) bazuar në hipotezën e Max Planck për natyrën kuantike të dritës. Puna e Ajnshtajnit përmbante një hipotezë të re të rëndësishme - nëse Planck sugjeroi që drita emetohet vetëm në pjesë të kuantizuara, atëherë Ajnshtajni tashmë besonte se drita ekziston vetëm në formën e pjesëve kuantike. Nga ideja e dritës si grimca (fotone), formula e Ajnshtajnit për efektin fotoelektrik rrjedh menjëherë:

, është energjia kinetike e elektronit të emetuar, është funksioni i punës për një substancë të caktuar, është frekuenca e dritës rënëse, është konstanta e Plankut, e cila doli të ishte saktësisht e njëjtë me formulën e Plankut për rrezatimin e trupit të zi.

Kjo formulë nënkupton ekzistencën e kufirit të kuq të efektit fotoelektrik. Kështu, hulumtimi në efektin fotoelektrik ishte një nga studimet e para mekanike kuantike.

2. Ligjet e Stoletov

Për herë të parë (1888-1890), duke analizuar në detaje fenomenin e efektit fotoelektrik, fizikani rus A.G. Stoletov mori rezultate thelbësisht të rëndësishme. Ndryshe nga studiuesit e mëparshëm, ai mori një ndryshim të vogël potencial midis elektrodave. Skema e eksperimentit të Stoletov është paraqitur në Fig. 2.

Dy elektroda (njëra në formën e një rrjeti, tjetra - e sheshtë), të vendosura në vakum, janë ngjitur në bateri. Një ampermetër i lidhur me qark përdoret për të matur rrymën që rezulton. Duke rrezatuar katodën me dritë me gjatësi vale të ndryshme, Stoletov arriti në përfundimin se rrezet ultravjollcë kishin efektin më efektiv. Për më tepër, u zbulua se forca e rrymës së gjeneruar nga drita është drejtpërdrejt proporcionale me intensitetin e saj.

Në 1898, Lenard dhe Thomson, duke përdorur metodën e devijimit të ngarkesave në fushat elektrike dhe magnetike, përcaktuan ngarkesën specifike të grimcave të ngarkuara të nxjerra nga Fig. 2. Skema e eksperimentit të Stoletov.

dritë nga katoda dhe mori shprehjen

Njësitë SGSE s/g, që përkon me ngarkesën specifike të njohur të elektronit. Pasoi që nën ndikimin e dritës, elektronet u hodhën nga substanca katodë.

Duke përmbledhur rezultatet e marra, u konstatuan sa vijon: modele fotoefekt:

1. Me një përbërje konstante spektrale të dritës, forca e fotorrymës së ngopjes është drejtpërdrejt proporcionale me fluksin e dritës që ka rënë në katodë.

2. Energjia kinetike fillestare e elektroneve të nxjerra nga drita rritet në mënyrë lineare me rritjen e frekuencës së dritës dhe nuk varet nga intensiteti i saj.

3. Efekti fotoelektrik nuk ndodh nëse frekuenca e dritës është më e vogël se një vlerë e caktuar karakteristike e secilit metal

, i quajtur kufiri i kuq.

Rregullsia e parë e efektit fotoelektrik, si dhe shfaqja e vetë efektit fotoelektrik, mund të shpjegohen lehtësisht bazuar në ligjet e fizikës klasike. Në të vërtetë, fusha e dritës, duke vepruar në elektronet brenda metalit, ngacmon dridhjet e tyre. Amplituda e lëkundjeve të detyruara mund të arrijë një vlerë të tillë në të cilën elektronet largohen nga metali; atëherë vërehet efekti fotoelektrik.

Për shkak të faktit se, sipas teorisë klasike, intensiteti i dritës është drejtpërdrejt proporcional me katrorin e vektorit elektrik, numri i elektroneve të nxjerra rritet me rritjen e intensitetit të dritës.

Ligjet e dytë dhe të tretë të efektit fotoelektrik nuk shpjegohen nga ligjet e fizikës klasike.

Duke studiuar varësinë e fotorrymës (Fig. 3), e cila lind kur një metal rrezatohet nga një rrymë drite monokromatike, nga ndryshimi i potencialit midis elektrodave (kjo varësi zakonisht quhet karakteristika volt-amper e fotorrymës), ai u konstatua se: 1) fotorryma lind jo vetëm kur

, por edhe me ; 2) fotorryma është e ndryshme nga zero në një diferencë potenciale negative të përcaktuar rreptësisht për një metal të caktuar, i ashtuquajturi potencial vonues; 3) madhësia e potencialit bllokues (vonesës) nuk varet nga intensiteti i dritës rënëse; 4) fotorryma rritet me zvogëlimin e vlerës absolute të potencialit vonues; 5) madhësia e fotorrymës rritet me rritjen dhe nga një vlerë e caktuar fotorryma (e ashtuquajtura rryma e ngopjes) bëhet konstante; 6) madhësia e rrymës së ngopjes rritet me rritjen e intensitetit të dritës rënëse; 7) vlera e vonesës Fig. 3. Karakteristikat

potenciali varet nga frekuenca e dritës rënëse; fotorrymë

8) shpejtësia e elektroneve të nxjerra nën ndikimin e dritës nuk varet nga intensiteti i dritës, por varet vetëm nga frekuenca e saj.

3. ekuacioni i Ajnshtajnit

Fenomeni i efektit fotoelektrik dhe të gjitha ligjet e tij shpjegohen mirë duke përdorur teorinë kuantike të dritës, e cila konfirmon natyrën kuantike të dritës.

Siç u përmend tashmë, Ajnshtajni (1905), duke zhvilluar teorinë kuantike të Planck-ut, parashtroi idenë se jo vetëm rrezatimi dhe thithja, por edhe përhapja e dritës ndodh në pjesë (kuanta), energjia dhe momenti i të cilave.

FOTO EFEKT, një grup dukurish që lidhen me çlirimin e elektroneve të një trupi të ngurtë nga lidhjet brendaatomike nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik. Ekzistojnë: 1) efekti i jashtëm fotoelektrik, ose emetimi i fotoelektronit, emetimi i elektroneve nga sipërfaqja... ... Enciklopedi moderne

FOTO EFEKT- një fenomen që lidhet me lëshimin e elektroneve nga një trup i ngurtë (ose i lëngshëm) nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik. Ekzistojnë:..1) efekti fotoelektrik i jashtëm, emetimi i elektroneve nën ndikimin e dritës (emetimi i fotoelektronit), ? rrezatimi, etj.;..2)…… Fjalori i madh enciklopedik

FOTO EFEKT- emetimi i elektroneve në ajër nën ndikimin e energjisë elektrike. mag. rrezatimi. F. u hap në 1887. fizikan G. Hertz. Fondet e para. Hulumtimi i F. u krye nga A. G. Stoletov (1888), dhe më pas nga German. fizikan F. Lenard (1899). E para është teorike. shpjegimi i ligjeve... Enciklopedi fizike

fotoefekt- emri, numri i sinonimeve: 2 efekt foto (1) efekt (29) Fjalor sinonimi ASIS. V.N. Trishin. 2013… Fjalor sinonimish

fotoefekt- - [V.A. Semenov. Fjalori anglisht-rusisht i mbrojtjes rele] Temat mbrojtja e stafetës EN fotoefekt ... Udhëzues teknik i përkthyesit

FOTO EFEKT- (1) gjenerimi i valvulave të forcës elektromotore (fotoEMF) midis dy gjysmëpërçuesve të ndryshëm ose midis një gjysmëpërçuesi dhe një metali nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik; (2) F. emetim i jashtëm (emetim fotoelektroni) i elektroneve me ... Enciklopedia e Madhe Politeknike

fotoefekt- A; m. Ndryshimet në vetitë e një lënde nën ndikimin e energjisë së dritës; efekt fotoelektrik. * * * Efekti fotoelektrik është një fenomen që lidhet me lëshimin e elektroneve nga një trup i ngurtë (ose i lëngshëm) nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik. Dalloni:... ... Fjalor Enciklopedik

Efekt fotografik- emetimi i elektroneve nga një substancë nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik (Fotonet). F. u zbulua në 1887 nga G. Hertz. Studimet e para themelore të F u kryen nga A. G. Stoletov (1888). Ai konstatoi se në shfaqjen e fotorrymës në... ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

fotoefekt- (shih foton... + ndikoj) fizike. një ndryshim në vetitë elektrike të një substance nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik (drita, ultravjollcë, rrezet x dhe rrezet e tjera), për shembull, emetimi i elektroneve nga jashtë nën ndikimin e dritës (f. e jashtme), një ndryshim . .. ... Fjalori i fjalëve të huaja të gjuhës ruse

libra

• , P.S. Tartakovski. Riprodhuar në drejtshkrimin origjinal të autorit të botimit të vitit 1940 (shtëpia botuese GITTL). Në… Blini për 2220 UAH (vetëm në Ukrainë)
• Efekti i brendshëm fotoelektrik në dielektrikë, P.S. Tartakovski. Ky libër do të prodhohet në përputhje me porosinë tuaj duke përdorur teknologjinë Print-on-Demand.

Riprodhuar në drejtshkrimin origjinal të autorit të botimit të vitit 1940 (shtëpia botuese GITTL... Sa është shpejtësia e dritës Artikulli i mëparshëm: Artikulli vijues: