5 Фотоэлектрический эффект
 Скачать 368.44 Kb.
|
|
5) Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) — это физический процесс, в котором электроны взаимодействуют со светом или любым другим электромагнитным излучением. Простое объяснение фотоэффекта Атомы или молекулы содержат связанные электроны. Когда свет попадает на молекулы или отдельные атомы, при определенных условиях возможно взаимодействие электронов со светом. Чтобы понять фотоэлектрический эффект, мы представляем свет как частицу (называемую фотоном). Фотон обладает энергией E, которую можно вычислить по частоте f света: E = h * f . Виды фотоэффекта: 1. Внешний фотоэлектрический эффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. 2. Внутренний фотоэффект – переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные под действием электромагнитного излучения без вылета их наружу. 3. Вентильный фотоэффект – возникновение электродвижущей силы (фото-ЭДС) под действием электромагнитного излучения на контакте двух разных полупроводников или полупроводника и металла. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэффекта – зависимость фототока Iф, образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами при постоянной интенсивности света (энергетической освещённости катода Ee)  Особенности ВАХ фотоэффекта 1) Пологий характер кривых объясняется тем, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. 2) Наличие фототока насыщения нас I , т. е. максимального значения тока при заданной освещённости, объясняется тем, что при определённом значении ускоряющего напряжения U0 (см. рис. выше) все электроны, испускаемые катодом при данной освещённости за единицу времени, достигают анода за это же время. Iнас= en , где 19 e 1,6 10 Кл – элементарный заряд, n – число электронов, испускаемых катодом за 1 с. 3) Наличие «нулевого фототока» I0 , т. е. тока при U 0 , объясняется тем, что часть электронов, выбитых светом из катода, обладает некоторой начальной скоростью (а значит, кинетической энергией), достаточной для самостоятельного достижения анода (без внешнего поля). В современном виде законы внешнего фотоэффекта формулируются следующим образом: I. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света(сила тока насыщения пропорциональна энергетической освещенности Ee катода). II. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой ν. III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен. 6)  Красная граница фотоэффекта – минимальная частота света, ниже которой фотоэффект невозможен (красная граница фотоэффекта зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности).  Красной границей фотоэффекта также называют максимальную длину волны света, выше которой фотоэффект невозможен.  Применение фотоэффекта Фотоэффект нашел широкое практическое применение в медицине, технике и других сферах. Превращение света в электрический ток используется для передачи изображения на огромные расстояния. Это используется в телевидении. Фотоэлементы применяют при считывании информации с оптических дисков. Их же применяют, например, в солнечных батареях для получения электроэнергии. Недавно фотоэффект начали применять в уличном освещении, специальные фотоэлементы сами распознают, когда нужно включить или выключить освещение. Полупроводниковые фотоэлементы используются в солнечных батареях на космических кораблях. Внутреннему фотоэффекту нашлось применение в категориях устройств, преобразующих световую энергию в электрическую или изменяющих свои свойства под действием падающего света: фотосопротивления, фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы, фотомикросхемы. |