Fotoelektrik effekt 1887 yilda nemis fizigi G. Gerts tomonidan kashf etilgan va 1888-1890 yillarda A. G. Stoletov tomonidan eksperimental o‘rganilgan. Fotoeffekt hodisasini eng toʻliq oʻrganishni 1900-yilda F

Fotoelektrik effekt 1887 yilda nemis fizigi G. Gerts tomonidan kashf etilgan va 1888-1890 yillarda A. G. Stoletov tomonidan eksperimental o‘rganilgan. Fotoeffekt hodisasini eng toʻliq oʻrganishni 1900-yilda F.Lenard olib bordi.Bu vaqtga kelib elektron allaqachon kashf qilingan (1897, J.Tomson) va fotoelektr effekti (yoki, aniqrog'i, tashqi fotoelektrik effekt) materiyaga tushadigan yorug'lik ta'sirida elektronlarni tortib olishdan iborat.

Tajribalarda sirti yaxshilab tozalangan ikkita metall elektrodli shisha vakuumli idish ishlatilgan. Elektrodlarga kuchlanish o'rnatildi U, uning qutblari ikki tugma yordamida o'zgartirilishi mumkin. Elektrodlardan biri (katod K) ma'lum bir to'lqin uzunligi l bo'lgan monoxromatik yorug'lik bilan kvarts oynasi orqali yoritilgan. Doimiy yorug'lik oqimida fototokning kuchiga bog'liqligi olingan I qo'llaniladigan kuchlanishdan. Shaklda katodga tushgan yorug'lik oqimi intensivligining ikki qiymati uchun olingan bunday bog'liqlikning tipik egri chiziqlarini ko'rsatadi.
Egri chiziqlar shuni ko'rsatadiki, A anodidagi etarlicha yuqori musbat kuchlanishlarda fototok to'yinganlikka etadi, chunki katoddan yorug'lik bilan chiqarilgan barcha elektronlar anodga etib boradi. Ehtiyotkorlik bilan o'tkazilgan o'lchovlar to'yinganlik oqimini ko'rsatdi I n tushayotgan yorug'likning intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Anoddagi kuchlanish manfiy bo'lsa, katod va anod orasidagi elektr maydoni elektronlarni sekinlashtiradi. Anod faqat kinetik energiyasi | dan ortiq bo'lgan elektronlarga etib borishi mumkin EI|. Agar anod kuchlanishi - dan past bo'lsa U h, fototok to'xtaydi. o'lchash U h, fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini aniqlash mumkin:

Olimlarni hayratda qoldiradigan qiymat U h tushayotgan yorug'lik oqimining intensivligidan mustaqil bo'lib chiqdi. Ehtiyotkorlik bilan o'tkazilgan o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, blokirovka potentsiali yorug'likning n chastotasining ortishi bilan chiziqli ravishda oshadi.
Ko'pgina tajribachilar fotoelektr effektining quyidagi asosiy qonunlarini o'rnatdilar:
1. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi n ortishi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq emas.
2. Har bir modda uchun deb atalmish mavjud qizil chegara foto effekti , ya'ni tashqi fotoelektr effekti hali ham mumkin bo'lgan eng past chastotali n min.
3. 1 s ichida katoddan yorug'lik ta'sirida chiqarilgan fotoelektronlarning soni yorug'lik intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proporsionaldir.
4. Fotoelektr effekti amalda inersiyasiz, yorugʻlik chastotasi n > n min boʻlishi sharti bilan fototok katod yoritilishi boshlangandan soʻng bir zumda sodir boʻladi.
Fotoelektrik effektning barcha bu qonunlari yorug'likning materiya bilan o'zaro ta'siri haqidagi klassik fizikaning g'oyalariga tubdan zid edi. To'lqin tushunchalariga ko'ra, elektromagnit yorug'lik to'lqini bilan o'zaro ta'sirlashganda, elektron asta-sekin energiya to'plashi kerak va elektronning katoddan uchib chiqish uchun etarli energiya to'plashi uchun yorug'lik intensivligiga qarab ancha vaqt kerak bo'ladi. . Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bu vaqtni daqiqalar yoki soatlar bilan hisoblash kerak edi. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, fotoelektronlar katodning yoritilishi boshlangandan so'ng darhol paydo bo'ladi. Ushbu modelda fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligini tushunish ham mumkin emas edi. to'lqin nazariyasi yorug'likning yorug'lik oqimining intensivligidan fotoelektron energiyasining mustaqilligini va maksimal kinetik energiyaning yorug'lik chastotasiga mutanosibligini tushuntira olmadi.
Shunday qilib, elektromagnit nazariya yorug'lik bu naqshlarni tushuntira olmadi.
Buning yo‘lini 1905-yilda A.Eynshteyn topdi.Fotoeffektning kuzatilgan qonuniyatlarining nazariy izohini Eynshteyn M.Plankning yorug‘lik ma’lum qismlarda chiqariladi va yutilishi haqidagi gipotezasi va har birining energiyasiga asoslanib berdi. bunday qism formula bilan aniqlanadi E = h v, qaerda h Plank doimiysi. Eynshteyn kvant tushunchalarini ishlab chiqishda navbatdagi qadamni qo'ydi. U shunday xulosaga keldi yorug'lik uzluksiz (diskret) tuzilishga ega. Elektromagnit to'lqin alohida qismlardan - kvantlardan iborat, keyinchalik nomi berilgan fotonlar. Modda bilan o'zaro ta'sirlashganda, foton butun energiyasini uzatadi h n bitta elektronga. Ushbu energiyaning bir qismi materiya atomlari bilan to'qnashuvda elektron tomonidan tarqalishi mumkin. Bundan tashqari, elektron energiyasining bir qismi metall-vakuum interfeysidagi potentsial to'siqni engib o'tishga sarflanadi. Buning uchun elektron qilish kerak ish funktsiyasi A katod materialining xususiyatlariga qarab. Katoddan chiqadigan fotoelektronning maksimal kinetik energiyasi energiyani tejash qonuni bilan aniqlanadi:

Bu formula deyiladi Fotoelektrik effekt uchun Eynshteyn tenglamasi .
Eynshteyn tenglamasidan foydalanib, siz barcha naqshlarni tushuntirishingiz mumkin tashqi fotoelektr effekti. Eynshteyn tenglamasidan quyidagicha chiziqli bog'liqlik chastota bo'yicha maksimal kinetik energiya va yorug'lik intensivligiga bog'liqlik, qizil chegara mavjudligi, inersiyasiz fotoelektr effekti. Umumiy soni katod yuzasidan 1 soniyada chiqib ketadigan fotoelektronlar bir vaqtning o'zida sirtga tushgan fotonlar soniga mutanosib bo'lishi kerak. Bundan kelib chiqadiki, to'yinganlik oqimi yorug'lik oqimining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lishi kerak.
Eynshteyn tenglamasidan kelib chiqqan holda, blokirovka potentsialining bog'liqligini ifodalovchi to'g'ri chiziqning qiyaligi U n chastotasidan h (5.2.3-rasm), Plank doimiysi nisbatiga teng. h elektronning zaryadiga e:
Bu Plank doimiysining qiymatini eksperimental ravishda aniqlash imkonini beradi. Bunday o'lchovlar 1914 yilda R. Millikan tomonidan amalga oshirilgan va Plank tomonidan topilgan qiymat bilan yaxshi kelishuvga erishgan. Ushbu o'lchovlar ish funktsiyasini aniqlashga ham imkon berdi A:

qayerda c- yorug'lik tezligi, l cr - fotoelektrik effektning qizil chegarasiga mos keladigan to'lqin uzunligi. Ko'pgina metallar uchun ish funktsiyasi A bir necha elektron volt (1 eV = 1,602 10 -19 J) dir. DA kvant fizikasi Elektron volt ko'pincha energiya o'lchov birligi sifatida ishlatiladi. Plank konstantasining sekundiga elektron voltlarda ifodalangan qiymati
Metallar orasida ishqoriy elementlar eng kam ish funksiyasiga ega. Masalan, natriy A= 1,9 eV, bu fotoelektr effektining qizil chegarasiga to'g'ri keladi lcr ≈ 680 nm. Shuning uchun ulanishlar ishqoriy metallar katodlarni yaratish uchun ishlatiladi fotoelementlar ko'rinadigan yorug'likni aniqlash uchun mo'ljallangan.
Shunday qilib, fotoeffekt qonunlari shuni ko'rsatadiki, yorug'lik chiqarilganda va yutilganda o'zini zarrachalar oqimi kabi tutadi. fotonlar yoki yorug'lik kvantlari .
Foton energiyasi
bundan kelib chiqadiki, foton impulsga ega

Shunday qilib, yorug'lik haqidagi ta'limot ikki asr davom etgan inqilobni yakunlab, yana yorug'lik zarralari - korpuskulalar haqidagi g'oyalarga qaytdi.
Ammo bu Nyutonning korpuskulyar nazariyasiga mexanik qaytish emas edi. 20-asrning boshlarida yorug'lik ikki tomonlama xususiyatga ega ekanligi ma'lum bo'ldi. Yorug'lik tarqalganda uning to'lqin xossalari (interferentsiya, difraksiya, qutblanish), materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda esa korpuskulyar (fotoelektrik effekt) paydo bo'ladi. Yorug'likning bu ikki tomonlama tabiati deyiladi to'lqin-zarralar ikkiligi Lomonosov bu haqda gapirgan. Keyinchalik elektronlar va boshqa elementar zarralarda ikki tomonlama tabiat aniqlandi. Klassik fizika mikroob'ektlarning to'lqin va korpuskulyar xossalari kombinatsiyasining vizual modelini bera olmaydi. Mikro jismlarning harakati klassik Nyuton mexanikasi qonunlari bilan emas, balki kvant mexanikasi qonunlari bilan boshqariladi. M. Plank tomonidan ishlab chiqilgan butunlay qora jismning nurlanish nazariyasi va kvant nazariyasi fotoelektrik effekt Eynshteyn ushbu zamonaviy ilm-fanning poydevorida yotadi.
1900 yilda nemis fizigi Maks Plank yorug'lik alohida qismlarda - kvantlarda (yoki fotonlarda) chiqariladi va so'riladi, deb faraz qildi. Har bir fotonning energiyasi formula bilan aniqlanadi E= h ν , qayerda h- Plank doimiysi, 6,63 10 -34 Js ga teng, ν yorug'lik chastotasi. Plank gipotezasi ko'plab hodisalarni tushuntirib berdi: xususan, 1887 yilda nemis olimi Geynrix Gerts tomonidan kashf etilgan va rus olimi A. G. Stoletov tomonidan eksperimental o'rganilgan fotoelektrik effekt hodisasi.
fotoelektrik effekt - Bu yorug'lik ta'sirida moddaning elektronlarni chiqarish hodisasidir.
Tadqiqotlar natijasida fotoelektr effektining uchta qonuni aniqlandi.
1. To'yingan oqimning kuchi tananing yuzasiga tushadigan yorug'lik nurlanishining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
2. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq.
3. Agar yorug'lik chastotasi ma'lum bir modda uchun belgilangan ma'lum bir minimal chastotadan kam bo'lsa, u holda fotoelektr effekti yuzaga kelmaydi.
Fototokning kuchlanishga bog'liqligi 36-rasmda ko'rsatilgan.
Fotoeffekt nazariyasi nemis olimi A. Eynshteyn tomonidan 1905 yilda yaratilgan. Eynshteyn nazariyasi metalldan elektronlarning ish funktsiyasi tushunchasi va kontseptsiyaga asoslanadi. kvant nurlanishi Sveta. Eynshteyn nazariyasiga ko'ra, fotoelektr effekti quyidagi tushuntirishga ega: yorug'lik kvantini yutib, elektron energiya oladi. hv. Metallni tark etganda, har bir elektronning energiyasi ma'lum miqdorda kamayadi, bu deyiladi ish funktsiyasi(A chiqib). Ish funktsiyasi metalldan elektronni olib tashlash uchun zarur bo'lgan ishdir. Maksimal energiya elektronlar qochishdan keyin (agar boshqa yo'qotishlar bo'lmasa) quyidagi shaklga ega: mv 2/2 \u003d hv - A chiqish, Bu tenglama deyiladi Eynshteyn tenglamalari.
Agar a hn< Va keyin fotoelektrik effekt sodir bo'lmaydi. Ma'nosi, qizil chegara foto effekti ga teng n min = A chiqish / soat
Fotoelektrik effekt hodisasi deb ataladigan ishlash printsipiga asoslangan qurilmalar fotoelementlar. Eng oddiy bunday qurilma vakuumli fotoseldir. Bunday fotoselning kamchiliklari quyidagilardan iborat: zaif oqim, uzoq to'lqinli nurlanishga nisbatan past sezuvchanlik, ishlab chiqarishdagi murakkablik, sxemalarda foydalanishning mumkin emasligi o'zgaruvchan tok. Fotometriyada yorugʻlik intensivligini, yorqinligini, yoritilishini oʻlchashda, kinoda tovushni takrorlashda, fototelegraf va fototelefonlarda, ishlab chiqarish jarayonlarini boshqarishda qoʻllaniladi.
Yorug'lik ta'sirida tok tashuvchilarning konsentratsiyasi o'zgarib turadigan yarimo'tkazgichli fotoelementlar mavjud.Ular elektr zanjirlarini avtomatik boshqarishda (masalan, metro turniketlarida), o'zgaruvchan tok zanjirlarida, soatlarda, mikrokalkulyatorlarda qayta tiklanmaydigan tok manbalari sifatida ishlatiladi. , birinchi quyosh avtomobillari sinovdan o'tkazilmoqda, da qo'llanilmoqda quyosh panellari ustida sun'iy yo'ldoshlar Yer, sayyoralararo va orbital avtomatik stansiyalar.
Fotoelektrik effekt hodisasi fotomateriallarda yorugʻlik taʼsirida sodir boʻladigan fotokimyoviy jarayonlar bilan bogʻliq.

Kirish
1. Fotoelektr effektining kashf etilishi tarixi

2. Stoletov qonunlari
3. Eynshteyn tenglamasi
4. Ichki fotoelektr effekti
5. Fotoelektrik effekt hodisasini qo'llash
Adabiyotlar ro'yxati

Kirish
Ko'p optik hodisalar yorug'likning to'lqin tabiati haqidagi g'oyalar asosida izchil tushuntirilgan. Biroq, ichida kech XIX- XX asr boshlari. Fotoelektr effekti, rentgen nurlari, Kompton effekti, atom va molekulalarning nurlanishi kabi hodisalar kashf qilindi va oʻrganildi. termal nurlanish va boshqalar, ularning tushuntirishlari bilan to'lqin nuqtasi ko'rish imkonsiz edi. Yorug'likning tabiati haqidagi korpuskulyar g'oyalar asosida yangi eksperimental faktlarning izohi olindi. Optik hodisalarni tushuntirish uchun to'lqin va zarrachaning mutlaqo qarama-qarshi fizik modellaridan foydalanish bilan bog'liq paradoksal vaziyat yuzaga keldi. Ba'zi hodisalarda yorug'lik to'lqin xususiyatlarini, boshqalarida - korpuskulyarlikni ko'rsatdi.

Yorug'likning materiyaga ta'siri namoyon bo'ladigan turli hodisalar orasida muhim o'rinni egallaydi. fotoelektrik effekt, ya'ni yorug'lik ta'sirida moddaning elektronlar chiqarishi. Ushbu hodisani tahlil qilish yorug'lik kvantlari g'oyasini keltirib chiqardi va zamonaviy nazariy tushunchalarni ishlab chiqishda juda muhim rol o'ynadi. Shu bilan birga, fotoelektr effekti fotoelementlarda qo'llaniladi, ular fan va texnikaning eng xilma-xil sohalarida juda keng qo'llanilgan va yanada boy istiqbollarni va'da qilmoqda.

1. Fotoelektr effektining kashf etilishi tarixi

Fotoelektrik effektning kashfiyoti 1887 yilga to'g'ri keladi, o'shanda Gerts ultrabinafsha nurlar bilan kuchlanish ostida uchqun bo'shlig'i bo'lgan yorituvchi elektrodlar ular orasidagi uchqunni osonlashtirishini aniqlagan.
Gerts tomonidan kashf etilgan hodisani quyidagi oson bajariladigan tajribada kuzatish mumkin (1-rasm).
F uchqun oralig'ining qiymati shunday tanlanadiki, transformator T va kondansatkich C dan iborat bo'lgan sxemada uchqun qiyinchilik bilan (daqiqada bir yoki ikki marta) sakraydi. Agar sof sinkdan yasalgan F elektrodlari Hg simob chiroq nuri bilan yoritilgan bo'lsa, u holda kondansatörning zaryadsizlanishi juda osonlashadi: uchqun sakray boshlaydi. 1. Gerts tajribasining sxemasi.
Fotoelektr effekti 1905 yilda Albert Eynshteyn tomonidan tushuntirilgan (buning uchun u olingan. Nobel mukofoti) Maks Plankning yorug'likning kvant tabiati haqidagi gipotezasiga asoslanadi. Eynshteynning ishi muhim ahamiyatga ega edi yangi gipoteza- agar Plank yorug'lik faqat kvantlangan qismlarda chiqariladi, deb taklif qilgan bo'lsa, Eynshteyn allaqachon yorug'lik faqat kvant qismlar shaklida mavjud deb ishongan. Yorug'likning zarralar (fotonlar) sifatidagi tushunchasidan Eynshteynning fotoelektr effekti formulasi darhol quyidagicha:
qayerda - kinetik energiya chiqarilgan elektronning, berilgan moddaning ish funktsiyasi, tushayotgan yorug'lik chastotasi, Plank doimiysi bo'lib, u qora jismning nurlanishi uchun Plank formulasi bilan aynan bir xil bo'lib chiqdi.
Bu formuladan fotoeffektning qizil chegarasining mavjudligi kelib chiqadi. Shunday qilib, fotoelektrik effektni o'rganish eng qadimgi kvant mexanik tadqiqotlar qatoriga kirdi.