Теоретичні відомості. Вивчення зовнішнього фотоефекту

Вивчення зовнішнього фотоефекту

Лабораторна робота 62

Попередження!

Контрольні питання та завдання

1. Чим характеризується лазерне випромінювання?

2. Принцип дії лазера.

3. Самовільні і вимушені переходи.

4. Метастабільні стани.

Бажано вести спостереження в окулярах. Ні в якому разі не допускати прямого попадання лазерного випромінювання в очі.

Прилади та обладнання: лабораторний стіл з платою №4, фотоелемент , мікроамперметр постійного струму на 50 мкА, вольтметр постійного струму на 10 В, лампи розжарювання.

Фотоефектом називають звільнення електронів від зв'язків з атомами і молекулами речовини під впливом світла (видимого, інфрачервоного, ультрафіолетового). Розрізняють декілька видів фотоефекту: зовнішній, внутрішній, вентильний.

Внутрішнім фотоефектом називається перерозподіл електронів за енергетичними станами в твердих і рідких напівпровідниках, що відбувається під дією світла. При цьому фотоефекті електрони втрачають зв'язок з атомами і молекулами, але залишаються усередині освітленої речовини у вигляді "вільних електронів" (часткове звільнення), збільшуючи тим самим електропровідність речовини. Зростання електропровідності речовини внаслідок збільшення концентрації вільних носіїв струму (електронів провідності і дірок) під дією світла називається фотопровідністю.

Вентильний фотоефект полягає у виникненні електрорушійної сили внаслідок внутрішнього фотоефекту поблизу поверхні контакту між металом і напівпровідником або між двома напівпровідниками – та –типу.

Зовнішній фотоефект – це випромінювання електронів речовиною під дією світла (фотоелектронна емісія). Зовнішній фотоефект спостерігається для металів. Електрони, що вилітають з речовини при зовнішньому фотоефекті, називаються фотоелектронами, а електричний струм, створений ними при впорядкованому русі в зовнішньому полі, називається фотострумом

Квантова теорія світла дозволила успішно пояснити основні закономірності фотоефекту. Відповідно гіпотезі Ейнштейна світло не тільки випромінюється, а також і поглинається речовиною у вигляді окремих дискретних квантів електромагнітного випромінювання фотонів.

Енергія фотона, (квант енергії) пропорційна частоті монохроматичного світла

де - стала Планка.

Один фотон взаємодіє тільки з одним електроном. При вириванні електрона з металу енергія кванта витрачається на:

1)роботу виходу електрона з металу ;

2) надання кінетичної енергії електрону, який звільняється .

(1)

Експериментальні дослідження привели до встановлення основних законів фотоефекту:

1. Фотострум насичення прямо пропорційний світловому потоку

де — фоточутливість освітленої поверхні (закон Столєтова).

2. Швидкість фотоелектронів зростає при збільшенні частоти падаючого світла і не залежить від його інтенсивності,

3. Для кожного фотокатода існує червона границя фотоефекту, тобто мінімальна частота світла v₀, при якій фотоефект ще відбувається. Частота залежить від матеріалу фотокатода та стану його поверхні:

(2)

Довжина хвилі пов'язана з частотою світла співвідношенням ( –швидкість світла в вакуумі), тоді червона границя фотоефекту – це гранична довжина хвилі

(3)

В техніці явище зовнішнього фотоефекту використовується для створення спеціальних приладів – фотоелементів, які реєструють або вимірюють світловий потік. Фотоелементи бувають вакуумні та газонаповнені. Вакуумний фотоелемент являє собою евакуйований скляний балон, на внутрішній поверхні якого нанесений шар металу, який служить катодом . Анод здійснений у вигляді металевого кільця, що знаходиться в центральній частині балона. Фоточутливість вакуумних фотоелементів досягає 10 – 150мкА/лм, газонаповнених – біля 100мкА/лм. Наповнення фотоелементів газом (аргоном) призводить до збільшення чутливості, тому що фотострум у такому фотоелементі підсилюється внаслідок іонізації аргону, яку спричиняють зіткнення фотоелектронів з атомами аргону.

Дата добавления: 2015-05-24