Внутрішній фотоефект - це викликані електромагнітним випромінюванням переходи електронів усередині напівпровідника або діелектрика з пов'язаних станів у вільні без вильоту назовні. В результаті концентрація носіїв струму всередині тіла збільшується, що призводить до виникнення фотопровідності - підвищення електропровідності напівпровідника або діелектрика при його освітленні.
Вентильний фотоефект (різновид внутрішнього фотоефекту)
1. виникнення ЕРС (фото-ЕРС) при освітленні контакту двох різних напівпровідників або напівпровідника і металу (при відсутності зовнішнього електричного поля). Вентильний фотоефект використовується в сонячних батареях для прямого перетворення сонячної енергії в електричну.
Зовнішнім фотоефектом (фотоелектронній емісією) називається випускання електронів речовиною під дією електромагнітного випромінювання.
Схема для дослідження зовнішнього фотоефекту. Два електрода (катод К з досліджуваного металу і анод А) у вакуумній трубці підключені до батареї так, що можна змінювати не тільки значення, а й знак подається на них напруги. Струм, що виникає при освітленні катода монохроматичним світлом (через кварцове віконце) вимірюється включеним в ланцюг миллиамперметром. Залежність фотоструму I, утвореного потоком електронів, що випускаються катодом під дією світла, від напруги U між катодом і анодом називається вольт-амперної характеристикою фотоефекту.
У міру збільшення U фотострум поступово зростає поки не виходить на насичення. Максимальне значення струму I нас - фотострум насичення - визначається таким значенням U, при якому всі електрони, що випускаються катодом, досягають анода: I нас = en, де n - число електронів, що випускаються катодом в 1с. При U = О фототок НЕ
зникає, оскільки фотоелектрони при вильоті з катода володіють деякою початковою швидкістю. Для того щоб фотострум став рівним нулю, необхідно докласти затримує напруга U0. При U = U0 жоден з електронів, навіть володіє при вильоті максимальної початковою швидкістю, не може подолати затримує поля і досягти анода:
,
тобто, вимірявши затримує напруга U0, можна визначити максимальне значення швидкості υ max і кінетичної енергії Kmах фотоелектронів.
45. Закони фотоефекту.
(1) Закон Столєтова: при фіксованій частоті падаючого світла число фотоелектронів, що випускаються фотокатодом в одиницю часу, пропорційно інтенсивності світла (сила фотоструму насичення пропорційна енергетичної освітленості Еекатода).
(2) Максимальна початкова швидкість (максимальна початкова кінетична енергія) фотоелектронів не залежить від інтенсивності падаючого світла, а визначається тільки його частотою ν
(3) Для кожної речовини існує червона межа фотоефекту - мінімальна частота 
світла (що залежить від хімічної природи речовини і стану його поверхні), нижче якої фотоефект неможливий.
Для пояснення механізму фотоефекту Ейнштейн припустив, що світло частотою ν не тільки випускається окремими квантами (відповідно до гіпотези Планка), а й поширюється в просторі і поглинається речовиною окремими порціями (квантами), енергія яких ε0 = h ν.
Кванти електромагнітного випромінювання, які рухаються зі швидкістю з поширення світла у вакуумі, називаються фотонами.
Енергія падаючого фотона витрачається на вчинення електроном роботи виходу А з металу (див. Стр.3-31) і на повідомлення вилетів фотоелектронна кінетичної енергії. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту:
Це рівняння пояснює залежність кінетичної енергії фотоелектронів від частоти падаючого світла (2й закон). гранична частота
(або 
), При якій кінетична
енергія фотоелектронів стає рівною нулю, і є червона межа фотоефекту (3-й закон). Інша форма запису рівняння Ейнштейна 
На малюнку зображена залежність максимальної кінетичної енергії фотоелектронів від частоти облучающего світла для алюмінію, цинку і нікелю. Всі прямі паралельні один одному, причому похідна d (eU0) / dv не залежить від матеріалу катода і чисельно дорівнює постійної Планка h. Відрізки, що відсікаються на осі ординат, чисельно рівні роботі А виходу електронів з відповідних металів.
На явищі фотоефекту заснована дія фотоелементів і фотосопротивлений (фоторезисторів) в фотоекспонометра, люксметри та пристроях управління і автоматизації різних процесів, пультах дистанційного управління, а також напівпровідникових фотоелектронних помножувачів і сонячних батарей.
Існування фотонів було продемонстровано в досвіді Боті. Тонка металева фольга Ф, розташована між двома лічильниками Сч, під дією жорсткого опромінення випускала рентгенівські промені. Якби яку випромінює енергія поширювалася рівномірно на всі боки, як це випливає з хвильових уявлень, то обидва лічильники повинні були б спрацьовувати одночасно, і на рухомій стрічці Л з'являлися б синхронні позначки маркерами М. В дійсно сти ж розташування позначок було безладним. Отже, в окремих актах випускання народжуються світлові частинки (фотони), що летять то в одному, то в іншому напрямку.
46. Маса і імпульс фотона. Єдність корпускулярних і хвильових властивостей світла.
використовуючи співвідношення 
, Отримуємо вирази для енергії, маси і імпульсу фотона
Ці співвідношення пов'язують квантові (корпускулярні) характеристики фотона - масу, імпульс і енергію - з хвильової характеристикою світла - його частотою.
Світло має одночасно хвильові властивості, які проявляються в закономірностях його поширення, інтерференції, дифракції, поляризації, і корпускулярним, які проявляються в процесах взаємодії світла з речовиною (випускання, поглинання, розсіювання).
47. Тиск світла.
Якщо фотони мають імпульсом, то світло, що падає на тіло, повинен надавати на нього тиск.
Нехай потік монохроматичноговипромінювання частоти 
падає перпендикулярно поверхні. Якщо за 1с на 1м2 поверхні тіла падає N фотонів, то при коефіцієнті відбиття р світла від поверхні тіла відіб'ється ρ N фотонів, а (1-ρ) N фотонів - поглине. Кожен поглинений фотон передає поверхні імпульс pγ, а кожен відбитий фотон -2 pγ
Тиск світла на поверхню одно імпульсу, який передають
поверхні за 1с N фотонів
Енергетична освітленість поверхні 
(Енергія всіх фотонів, що падають на одиницю поверхні в одиницю часу). об'ємна
щільність енергії випромінювання: 
. Звідси 
Хвильова теорія світла на підставі рівнянь Максвелла приходить до такого ж висловом. Тиск світла в хвильової теорії пояснюється тим, що під дією електричного поля електромагнітної хвилі електрони в металі будуть рухатися в напрямку (позначеному на малюнку) протилежному Магнітне поле електромагнітної хвилі діє на рухомі електрони з силою Лоренца в напрямку (за правилом лівої руки) перпендикулярному поверхні металу . Таким чином, електромагнітна хвиля надає на поверхню металу тиск.
48. Ефект Комптона.
Корпускулярні властивості світла виразно проявляються в ефекті Комптона - пружному розсіянні короткохвильового електромагнітного випромінювання (рентгенівського і 
-випромінюванням) на вільних (або слабосвязанних) електронах речовини, що супроводжується збільшенням довжини хвилі. це збільшення 
не залежить від довжини хвилі λ падаючого
випромінювання і природи розсіює речовини, а визначається тільки кутом
розсіювання 
де - довжина хвилі розсіяного випромінювання, - комптонівська довжина хвилі. При розсіянні на електроні 
= 2,43 • 10-12 м.
Фотон (з енергією 
і імпульсом 
), Зіткнувшись з
електроном (енергія спокою W0 = тес2, ті - маса спокою електрона), передає йому частину своєї енергії і імпульсу і змінює напрямок руху (розсіюється). В процесі цього пружного зіткнення виконуються закони збереження енергії 
і імпульсу 
де 
- релятивістська енергія електрона після зіткнення, Таким чином 
отже, 
. З урахуванням 
, отримаємо 
Ефект Комптона не може спостерігатися у видимій області спектра, оскільки енергія фотона видимого світла порівнянна з енергією зв'язку електрона з атомом, при цьому навіть зовнішній електрон атома не можна вважати вільним.
Ефект Комптона, випромінювання чорного тіла і фотоефект служать доказом квантових (корпускулярних) уявлень про світло як про потік фотонів.
Дата додавання: 2014-10-31; переглядів: 47; Порушення авторських прав