Fotoelektriline Efekt: Selgitus Ja Rakendused

{h1}

Fotoefekt viitab sellele, mis juhtub siis, kui elektronid eralduvad materjalist, mis on absorbeerinud elektromagnetilist kiirgust.

Fotoefekt viitab sellele, mis juhtub siis, kui elektronid eralduvad materjalist, mis on absorbeerinud elektromagnetilist kiirgust. Füüsik Albert Einstein oli esimene, kes kirjeldas efekti täielikult ja sai oma töö eest Nobeli auhinna.

Mis on fotoefekt?

Vastavalt Teaduslikule Ameeriklasele võib Electroni vabastamiseks vabastada metallist tahke pinnaga valgust, mille energia on teatavast punktist kõrgemal. Iga valgusegur, mida nimetatakse footoniks, põrkub elektroniga ja kasutab mõnda oma energiat elektroni eemaldamiseks. Ülejäänud fotoneenergia läheb vabale negatiivsele laengule, mida nimetatakse fotoelektriks.

Kuidas see toimib, muutusid kaasaegse füüsika pöördeid. Fotoelektrilise efekti rakendused viisid meid "elektriliste silmade" ukseavamisseadmetesse, fotograafias, päikesepaneelidesse ja fotostaatides kopeeritavate valguse mõõtjate hulka.

Discovery

Enne Einsteini on teadlased täheldanud selle mõju, kuid käitumine oli segaduses, sest nad ei saanud valguse olemust täielikult aru. 1800. aastate lõpus otsustas füüsikud James Clerk Maxwell Šotimaal ja Hendrik Lorentz Hollandis, et valgus näib olevat käitunud laineks. Seda tõestati nähes, kuidas kergete lainetega ilmnevad interferentsid, difraktsioon ja hajumine, mis on ühised kõikide lainete puhul (sh lained vees).

Nii et Einsteini väide 1905. aastal, et valgus võib käituda ka osakeste kogumina, oli revolutsiooniline, kuna see ei sobinud elektromagnetilise kiirguse klassikalise teooriaga. Teised teadlased olid tema ees olevasse teooriasse kommenteerinud, kuid Einstein oli esimene, kes täpselt selgitas, miks see nähtus esines - ja selle tagajärjed.

Näiteks oli 1887. aastal esimene fotoefekti mõju näinud Saksa Heinrich Hertz. Ta avastas, et kui ta valgustab ultraviolettvalgust metallet elektroodidel, vähendas ta pinget, mis on vajalik selleks, et sädesignaali elektroodide taga asetada, vastavalt inglise astronoomile David Darling.

Siis 1899. aastal Inglismaal J.J. Thompson näitas, et metallpinna löögi ultraviolettkiirgus põhjustas elektronide väljavoolu. Fotoelektrilise efekti kvantitatiivne mõõde tuli 1902. aastal koos Philipp Lenardi (endise Hertzi abiga) tööga. On selge, et valgusel on elektrilised omadused, kuid see, mis läks, oli ebaselge.

Einsteini sõnul koosneb valgus väikestest pakettidest, esialgu nn kvantidest ja hiljem fotosid. Kuidas kvante käituvad fotoelektrilise efekti all, saab mõista läbi mõtte eksperimendi. Kujutlege marmorist ringikujulist auku, mis oleks nagu aatomiga seotud elektron. Kui footon siseneb, lööb see marmori (või elektroni), andes talle piisava hulga energia kaevust põgenemiseks. See seletab valgust tabavate metallpindade käitumist.

Kuigi Einstein, hiljem Šveitsis asuv patendipidaja, selgitas seda nähtust 1905. aastal, kulus Nobeli auhind tema töö eest veel 16 aastat. See tulenes sellest, et Ameerika füüsik Robert Millikan kontrollis mitte ainult töö, vaid leidis ka seost ühe Einsteini konstantide ja Plancki konstant vahel. Viimane konstant kirjeldab, kuidas osakesed ja lained käituvad aatomi maailmas.

Fotoelektrilise efekti varasemaid teoreetilisi uurimusi tegi Arthur Compton 1922. aastal (kes näitas, et röntgenikiirgusid võib ka käsitleda footontena ja 1927. aastal Nobeli preemia pälvisid), samuti 1931. aastal Ralph Howard Fowler (kes vaatas metalli temperatuuride ja fotoelektriliste voolude suhe.)

Taotlused

Kuigi fotoelektrilise efekti kirjeldus kõlab väga teoreetiliselt, on selle töö palju praktilisi rakendusi. Britannica kirjeldab vähe:

Fotoelektrilisi rakke kasutati algselt valguse tuvastamiseks, kasutades katoodi sisaldavat vaakumtoru elektronide ja anoodi eraldamiseks saadud voolu kogumiseks. Nüüd on need "fototubud" edasi arenenud pooljuhtpõhistele fotodioodidele, mida kasutatakse sellistes rakendustes nagu päikesepatareid ja fiiberoptilised telekommunikatsioonid.

Phototultiplier torud on variatsioon phototube, kuid neil on mitu metallist plaadid nimetatakse dynodes. Elektroonid vabastatakse pärast seda, kui kateod lööb valguse eest. Seejärel langevad elektronid esimesele dünoodile, mis vabastab rohkem teisi düoode alla langevaid elektrone, seejärel kolmandasse, neljandasse jne. Iga dünood võimendab voolu; umbes kümne dinoodi järel on voolu piisavalt tugev, et fotomehhanisme tuvastada isegi üksikud fotod. Selle näiteid kasutatakse spektroskoopias (mis lõhub valguse erinevat lainepikkust, et saada rohkem teavet tärnide keemiliste koostiste kohta) ja arvutite aksiaalmomograafiat (CAT) skaneerib, mis uurib keha.

Fotodioodide ja fotokeetjate muude rakenduste hulka kuuluvad:

  • pilditöötlusseadmed, sealhulgas (vanemad) telerkaamerad või pildi võimendid;
  • tuumaprotsesside uurimine;
  • nende poolt eraldunud elektronide põhjal keemiliselt analüüsitavad materjalid;
  • andes teoreetilisi andmeid selle kohta, kuidas elektronid aatomite üleminekul erinevate energiaallikate vahel.

Kuid ehkki fotoelektrilise efekti kõige olulisem rakendus oli kvantifunktsiooni revolutsioonist loobumine

Teaduslik Ameerika. See viis füüsikutest mõtlema valguse loomusele ja aatomite struktuurile täiesti uuel moel.

Lisaressursid

  • Füüsika Hypertextbook: fotoelektriline efekt
  • Khani akadeemia: fotoelektriline efekt


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com