Дисперсия света
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ффекты.
Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называют испускание электронов веществом под действием света.
Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называют фототоком.
Внутренним фотоэффектом называют перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием света.
Он проявляется в изменении концентрации носителей тока в среде и приводит к возникновению фотопроводимости вентильного фотоэффекта.
Фотопроводимостью называют увеличение электрической проводимости вещества под действием света.
Вентильным фотоэффектом (фотоэффектом в запирающем слое) называют возникновение под действием света ЭДС (фото - ЭДС) в системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или 2-х разнородных полупроводников (например, в p-n - переходе).
5.2 Внешний фотоэффект
Фотоэффект был обнаружен Г. Герцом в 1887 г. при наблюдении усиления процесса разряда при облучении искрового промежутка УФ-излучения.
Первые исследования фотоэффекта выполнены русским ученым Александром Григорьевичем Столетовым (1888-1896).
Рассмотрим схему установки для изучения внешнего фотоэффекта в металлах.
Свет падает через окно на поверхность фотокатода, находящегося внутри эвакуированной трубки.
На рисунке представлен характер зависимости фототока в трубке от разности потенциалов U анода и катода при постоянной энергетической освещенности Eэ катода монохроматическим светом:
Существование фототока при отрицательных значениях U от 0 до -U0 свидетельствует о том, что фотоэлектроны выходят из K, имея некоторую начальную скорость и, соответственно, кинетическую энергию.
Максимальная начальная скорость фотоэлектронов связана с задерживающим напряжением U0:
,
Где e и m - абсолютная величина заряда и масса электрона.
Фототок увеличивается с ростом U лишь до определенного предельного значения , называемого фототоком насыщения.
При все электроны, вылетающие из K под влиянием света, достигают A.
Если nсек - число фотоэлектронов, покидающих K за 1с, то .
5.3 Законы внешнего фотоэффекта
(1) Закон Столетова: при неизменном спектральном составе света (), падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода:
.
(2) Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.
(3) Для каждого фотокатода существует красная граница внешнего фотоэффекта, т.е. минимальная частота света , при которой ещё возможен внешний фотоэффект; частота зависит от материала фотокатода и состояния его поверхности.
2-й и 3-й законы внешнего фотоэффекта не удастся истолковать на основе классической э/м теории света.
Согласно этой теории, вырывания электронов проводимости из металла является результатом их раскачивания в э/м поле световой волны, которое должно усиливаться при увеличении интенсивности света (энергетической освещенности фотокатода).
Лишь квантовая Теория света позволила успешно объяснить законы внешнего фотоэффекта.
Развивая идея Планка о квантовании энергии, Эйнштейн высказал гипотезу о том, что свет не только излучается, но также распространяется в пространстве и поглощается веществом в виде отдельных дискретных квантов э/м излучения - фотонов.
Все фотоны монохроматического света частоты ? имеют одинаковую энергию = h?, где h=6,63*10-34 Дж/Гц есть постоянная Планка и движущаяся в пространстве со скоростью света в вакууме.
В случае поглощения света веществом каждый поглощённый фотон передаёт всю свою энергию частице вещества.
Например, при внешнем фотоэффекте электрон проводимости металла, поглощая фотон, получает всю его энергию h?. Для выхода из металла электрон должен совершить работу выхода A, для удаления от катода, обладающего кинетической энергией .
Поэтому уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, выражающее закон сохранения энергии при фотоэффекте имеет вид:
.
Из уравнения Эйнштейна вытекает 2-й закон фотоэффекта:
.
Т.о., vmax и U0 зависят только от частоты света и работы выхода электрона из фотокатода.
Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от частоты ? света по линейному закону соответствующей красной границе фотоэффекта:
; h?=A; ?min=A/h.
Следовательно, красная граница зависит только от работы выхода электрона из металла.
5.4 Применение фотоэффекта
Преобразование энергии фотонов в энергию электрического тока при фотоэффекте с последующим усилением и преобразованием электронного потока в электронных и магнитных полях открывает широкие возможности для применения фотоэффекта.
Одно из основных применений внешнего фотоэффекта является его использование в приемниках света, называемыми фотоэлементами.
Схема фотоэлемента:
-вакуумированная стеклянная колба;
-фотокатод в виде полусферы;
-кольцеобразный анод.
При освещении светом K из него вырываются электроны, которые двигаясь в электрическом поле, фокусируются на A, создавая фототок, доступный для измерения.
Дл?/p>