67.Невозможность объяснения фотоэффекта на основе классической теории излучения; гипотеза Планка; уравнение Эйнштейна, объяснение законов фотоэффекта на его основе; многофотонный фотоэффект

На металл падает световая волна. Электроны,

находящиеся в его поверхностном слое, поглощают энергию этой волны, и их

энергия постепенно увеличивается. Когда она становится больше работы выхода,

электроны начинают вылетать из металла. Таким образом, волновая теория света

будто бы способна качественно объяснить явление фотоэффекта.

Однако расчеты показали, что при таком объяснении время между началом освещения

металла и началом вылета электронов должно быть порядка десяти секунд. Между

тем из опыта следует, что t<10-9 c. Следовательно, волновая

теория света не объясняет безынерционности фотоэффекта. Не может она объяснить

и остальные законы фотоэффекта.

Согласно волновой теории кинетическая энергия фотоэлектронов должна

возрастать с увеличением интенсивности света, падающего на металл. А

интенсивность волны определяется амплитудой колебаний напряжённости Е, а не

частотой света. (От интенсивности падающего света зависит лишь число

выбиваемых электронов и сила тока насыщения).

Из волновой теории следует, что энергию, необходимую для вырывания электронов

из металла, способно дать излучение любой длины волны, если его интенсивность

достаточно велика, т.е. что фотоэффект может вызываться любым световым

излучением. Однако существует красная граница фотоэффекта, т.е. получаемая

электронами энергия зависит не от амплитуды волны, а от ее частоты.

Таким образом, попытки объяснить закономерности фотоэффекта на основе

волновых представлений о свете оказались несостоятельными.

Гипо́теза Пла́нка заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию , пропорциональной частоте ν излучения:

коофицент планка

Эйнштейна для фотоэффекта: где — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества), — кинетическая энергия вылетающего электрона, — частота падающего фотона с энергией , h — постоянная Планка. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта, то есть существование наименьшей частоты, ниже которой энергии фотона уже не достаточно для того, чтобы «выбить» электрон из металла. Суть формулы заключается в том, что энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества и на работу, необходимую для «вырывания» электрона, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона.

68.Фотоэлектрические приемники оптического излучения с внешним фотоэффектом: вакуумные, газонаполненные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители

использовались фотоэлементы — приемники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую.

Простейшим фотоэлементом с внешним фотоэффектом является вакуумный фотоэлемент. Он представляет собой откачанный стеклянный баллон, внутренняя поверхность которого (за исключением окошка для доступа излучения) покрыта фоточувствительным слоем, служащим фотокатодом. В качестве анода обычно используется кольцо или сетка, помещаемая в центре баллона. Фотоэлемент включается в цепь батареи, э.д.с. которой выбирается такой, чтобы обеспечить фототок насыщения.. д.

Для увеличения интегральной чувствительности вакуумных фотоэлементов (фототок насыщения, приходящийся на 1 лм светового потока) баллон заполняется разреженным инертным газом (Аr или Ne при давлении »1,3¸13 Па). Фототок в таком элементе, называемом газонаполненным, усиливается вследствие ударной ионизации молекул газа фотоэлектронами. Интегральная чувствительность газонаполненных фотоэлементов (» 1 мА/лм) гораздо выше, чем для вакуумных (20—150 мкА/лм), но они обладают по сравнению с последними большей инерционностью (менее строгой пропорциональностью фототока интенсивности излучения), что приводит к ограничению области их применения.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, называемые полупроводниковыми фотоэлементами или фотосопротивлениями (фоторезисторами), обладают гораздо большей интегральной чувствительностью, чем вакуумные. Для их изготовления используются PbS, CdS, PbSe и некоторые другие полупроводники.. Кремниевые и другие вентильные фотоэлементы применяются для создания солнечных батарей, непосредственно преобразующих световую энергию в электрическую. Эти батареи уже в течение многих лет работают на космических спутниках и кораблях. К.п.д. этих батарей составляет »10% и, как показывают теоретические расчеты, может быть доведен до »22%, что открывает широкие перспективы их использования в качестве источников электроэнергии для бытовых и производственных нужд.

Рассмотренные виды фотоэффекта используются также в производстве для контроля, управления и автоматизации различных процессов, в военной технике для сигнализации и локации невидимым излучением, в технике звукового кино, в различных системах связи и т. д.