5 Квантовые свойства света

5.1 Виды фотоэлектрического эффекта

Фотоэлектрическим эффектом называется явление взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества.

Существует три вида фотоэлектрического эффекта:

1. внешний

2. внутренний

3. вентильный

Внешним фотоэлектрическим эффектом называется испускание электронов () веществом под действием электромагнитным излучением. Внешний фотоэлектрический эффект наблюдается в твердых телах (металл, полупроводники, диэлектрики), а так же в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

Внутренний фотоэлектрический эффект – это вызванные электромагнитным излучением перехода электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета.

В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости или к возникновению электродвижущей силы.

Вентильный – возникновение электродвижущей силы (фото-э.д.с.) при освещении контакта двух различных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего поля).

Этот фотоэлектрический эффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Фотоэлектрический эффект был обнаружен в 1887г. Герцем и детально исследован в работах Столетова.

Вопыте Столетова в электрическую цепь был включен конденсатор, одна из обкладок которого (положительно заряжена) была изготовлена из медной сетки, а вторая (отрицательно заряжена) цинковая пластинка.

Оказалось, что даже при незамкнутой цели при излучении электрической дуги, содержащей ультрафиолетовое излучение, в цепи возникает электрический ток.

Изобразим вольтамперную характеристику фототока (зависимость фототока от напряженности между электродами).

З

десь изображены две кривые, соответствующие различным освещенностям катода(частота света в обоих случаях одинакова).

По мере увеличения , фототок постоянно возрастает, т.е. большое число фотоэлектронов достигает анода. Положительная характеристика кривых показывают, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значениетока насыщения определяется таким значением, при котором все электроны, испускаемые катодам достигли анода.

(5.1)

где - число электронов, используемых катодом в 1с.

Из вещества характеристики следует, что при фототок не исчезает, следовательно электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторые начальные скоростиих кинетическая энергия не равняется нулю, и они могут достичь анода без внешнего поля.

Для того, чтобы фототок стал равен нулю, необходимо приложить задерживающее напряжения .

При ни один из электронов не может преодолеть задерживающего потенциала и достигнуть анода.

Следовательно:

(5.2)

Т.е. измерив заряд напряжения , может определить максимальное значение скорости и кинетическая энергию электронов. При изучении вещества характеристику различных материалов, при различных частотах падающего на катод изучения и различных освещенности были установлены следующие три законы фотоэффекта.