Studopediya

КАТЕГОРИИ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) П Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военно дело (14632) Висока технологиите (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къщи- (47672) журналистика и SMI- (912) Izobretatelstvo- (14524) на външните >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) История- (13644) Компютри- (11121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) култура (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23,702) Matematika- (16,968) инженерно (1700) медицина-(12,668) Management- (24,684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образование-(11,852) защита truda- (3308) Pedagogika- (5571) п Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) oligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97182) от промишлеността (8706) Psihologiya- (18,388) Religiya- (3217) с комуникацията (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) спортно-(42,831) Изграждане, (4793) Torgovlya- (5050) превозът (2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596 ) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Telephones- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно (12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

фотоефект




Лекция № 2

Фотоелектричния ефект или фотоефект се нарича емисия субстанция електрон при излагане на светлина. Това явление е била открита през 1887 година. G.Gertsem, който забелязал, че превишаване искра между цинкови топки от пренапрежение улеснен, ако един от тях осветява ултравиолетови лъчи.

През 1887 г.. A.G.Stoletov подложени на внимателно проучване на този феномен и е установено, че излъчваната светлина, предизвикана обвиненията са отрицателни. Големината на обвиненията, отделяни е пропорционална на абсорбира светлинната енергия. Най-голям ефект се постига чрез действието на ултравиолетови лъчи.

Stoletova експериментална настройка е както следва: плочите между Con-кондензатор, състояща се от плоча цинк и метална мрежа полиран, създадени потенциал-триал разлика. При осветяване цинк пластма-Зън дъга се появява електрически ток във веригата, чиято величина се измерва с галванометър.

През 1898. Thomson и Lenard измерва специфичен заряд на частиците изхвърлени от радиация, и е установено, че е специфичен заряд на електрона.

Изтласкване на електрони от лек метал навън се нарича външен фотоефект. Токът в резултат на това се нарича фототок и електроните извадени светлина, - фото-електрони.

Схемата за модерни заводи за разследвания dovaniya-фотоефект е показано на фиг.

Светлината проникваща през прозореца на кварц в евакуирани крушка светва катода Това прави на изследвания материал. Електроните скъсани поради фотоефект се преместват от електрическо поле към анода , В резултат фототока потоци измерената галванометър верига , Напрежението между анода и катода може да варира от потенциометър ,

Подобряване на фотоелектричния изследователска методология е извършена от ПИ Lukirskii и SS Prilezhaeva, приложен в метод монтаж на сферичен кондензатор. Анода в него са сферични посребрени стена на стъклената колба. В центъра на цилиндъра се намира в утайката от катод.

Получените експерименти фототока мощност зависимост от потенциалната разлика между електродите при постоянна лъчиста поток показани на графиката.

Както се вижда от графиката на някои стойност на напрежението мощност достига фототок макси максимална стойност и след това остава постоянна.

Този ток, наречен ток на насищане съответства yaniyu състояние, когато всички електроните извадени от фотокатода, достигане на анода. График това се нарича текущата напрежение характеристика.

Ако промените стойностите на лъчиста поток , Тогава ще получим едно семейство от криви за фотокатода.

A.G.Stoletovym е създадена закон, който носи неговото име при постоянен спектрален състав на светлината, падаща върху наситеността катод сила на тока пряко пропорционално налното-поток от лъчиста енергия



,

Както се вижда от напрежение ток характеристика при липсата на напрежение между електродите на фототока силата не е нула. Това предполага, че електроните напускат катода със скорост, различна от нула. За да фототок е равна на нула, е необходимо да се прилагат забавящия напрежение , В това напрежение и да е от електрони, притежаващи дори когато се излиза от катод най-високата стойност на скоростта, не може да се преодолее областта забавящо и да стигнат до анода.

Следователно, можем да запишем

,

където - маса на електрона.

От тази връзка е възможно да се определи максималната стойност на скоростта и кинетичната енергия на фотоелектронна ,

Опитът показва, че при осветяване с монохроматична светлина забавящо катодно напрежение варира в зависимост от честотата на светлината линейно

,

където - честотата на светлина;

и - константи.

Произведението на това уравнение от (Зареждане Electron) и заместване за получаваме ,

От това следва, че за, че електроните могат да оставят катода под въздействието на светлина; с цел да се е реално, е необходимо да се ,

определящият през получаваме ,

честота и съответната дължина на вълната Тя се нарича фотоелектричния праг или на прага на фотоелектричния ефект.

По този начин, на законите на фотоемисионна могат да приемат следните явления:

1. Максималната началната скорост на фотоелектронна зависи от честотата на светлината и не зависи от неговата интензивност;

2. при постоянна спектрален състав на падаща светлина за текущата сила на катод е пропорционална на светлинен поток насищане;

3. За всяка субстанция, има червен ръб на фотоелектричния ефект, т.е. Това е най-ниската честота, при която фотоелектричния ефект все още е възможно;

4. фотоефекта е практически без инерция.

Тези закони на фотоефекта, потвърдени експериментално, не могат да бъдат обяснени на основата на вълновата теория на светлината.

Според концепцията на вълновата теория на светлината под влиянието на електромагнитни вълни, електрони вещества, трябва да доведе принудени трептения с амплитуда, пропорционална на амплитудата на вълната. С достатъчно колебания интензивност електрон комуникация с веществото може да се счупи и електроните ще избягат навън със скорост, стойността на които трябва да зависи от амплитудата на падащата светлина и нейната интензивност. В действителност, няма такава зависимост, защото скорост на електроните зависи от честотата на вибрациите.

Освен това, времето, през което електрони под въздействието на електромагнитно поле вълна натрупаната енергия, която надвишава работата функция, според вълновата теория, на няколко минути, за да се измерят. Вследствие на фотоелектричния ефект не може да бъде свободна обръщане на посоката.

Айнщайн, на основата на квантовата хипотеза на Планк, предложи ново обяснение на фотоефекта е известна като квантова теория на фотоелектричния ефект. Той предположи, че честотата на светлината Не само, че се излъчва, но и се разпространява и се абсорбира от индивидуалните фотони.

интензивност катод облъчване зависи от броя на фотоните инцидент за единица време на единица площ на катода. всеки фотонна енергия е равна на

,

където - константата на Планк;

- честота на трептене.

импулс на фотона - ,

където - скоростта на светлината във вакуум.

фотон маса - ,

Когато металната повърхност се появява фотонни лъчи честота фотони се сблъскват с електрони, и всеки фотон дава своята електронна енергия, равна на ,

За изход метал електрона трябва да преодолее потенциал бариера в интерфейса метал вакуум и да работната функция ,

ако След това на електрона може да избяга от метал.

Най-голямата кинетична енергия, която е в състояние да придобие електрона може да се намери по силата на закона за запазване на енергията

,

Това уравнение се нарича уравнение на Айнщайн за външния фотоефект.

Както може да се види от това уравнение, при честота на светлината, в която енергията на фотона е равен на функцията работа, електрон кинетичната енергия е нула и фотоелектричния ефект няма да се случи. Тази честота и съответната дължина на вълната и ще фотоелектричния праг за дадено вещество.

Квантовата теория на фотоелектричния ефект и помага да се обясни на закона Столетов. Големината на лъчиста поток определя от броя на фотоните инцидент за единица време върху металната повърхност. Най-голям е броят, толкова повече електрони могат да бъдат извадени от метал за единица време, следователно, по-силна е фототок.

Практически без инерцията на фотоелектричния ефект се дължи на факта, че прехвърлянето на енергия в сблъсъка на фотони с електрони се случва почти мигновено.

уравнение на Айнщайн за външния фотоелектричния ефект може да се запише малко по-различно.

Както вече знаете, , С оглед на това, уравнението става:

,

Писане в този израз как получаваме

,

Потвърждаване на правилността на тази формула е да се определи от тях постоянно Планк

,

Той се произвежда, както следва: опитът може да се определи напрежението, на което фототок изчезва И изобразени ,

Тази зависимост се изразява с права линия. Ъгълът между желаната линия и оста х и може да се определи константата на Планк

,

където - съотношението на размерите количества, взети като единица по скалата на оси и Полученият по този начин стойността Тя установи, че , Което е съгласен и с резултатите от други методи за определяне на тази стойност. Това потвърждава правилността на уравнения и концепции на квантовата природа на взаимодействието на светлината с електрони в фотоефекта Айнщайн.

Техническа прилагане на фотоемисионна се основава на използването на фотоволтаични клетки, в които електрони под влиянието на светлина от от повърхността на катода във вакуум или в разреден газ. Съвременните слънчеви клетки се състоят от фотокатодна, която е електрон емитер и събиране на тези електрони анода.

Местоположение на катода и анода в слънчевите клетки, показани на схемата.

В допълнение ние разгледахме външния фото-ефект (обикновено се нарича фотоефект) има и вътрешен фотоефект, в които има само увеличаване на броя на свободните електрони вътре в материала, но няма да ги изход навън. То се наблюдава в диелектрици и полупроводници.

Вътрешният фотоелектричния ефект е да преразпределя енергийните нива на електроните под въздействието на светлина. Ако енергията на фотона от Bandgap на полупроводници, електронните преходите от валентност групата на групата на проводимостта, като по този начин повишаване на електропроводимостта на веществото.

На вътрешния фотоефект базирани фоторезистори за действие. Те представляват стъклена плоча, на която тънък полупроводников слой, на чиято повърхност засили настоящите електроди доставка. При осветяване на Фоторезистор свързан към източник на напрежение, електрически ток, който протича във веригата.

За разлика от клетки с външен фотоефект Фоторезистор не проявяват насищане ток. Те брой носители, генерирани пропорционално на падащата светлина поток. Ето защо, чувствителността на фоторезистори в стотици и хиляди пъти по-чувствителни слънчеви клетки с външен фотоелектричния ефект. Това позволява използването на Фоторезистор за целите на фотометрия.

Има и друг тип на фотоелектричния ефект - ефект фотоволтаичния или както се нарича, фотоелектричния ефект на бариерния слой.

Въвеждане на междинно съединение (бариера) слой с едностранна проводимост между полупроводника и металния субстрат може фотоелектроните освободени в полупроводника от светлината, се превръща в метала, когато те влизат в външната верига и обратно до полупроводника, без да какъвто и на външния източник на ток ,

В такива слънчеви клетки, наречени порта или бариерен слой фотоклетки, има пряко преобразуване на светлинна енергия в енергията на електрически ток. Те не изискват външен източник на енергия, тъй като EMF се появява като резултат от светлина.

Фотоклетки с бариерен слой са широко използвани в създаването на слънчеви батерии, в която има пряко преобразуване на слънчевата енергия в електричество. Ефективност тези батерии достига , Което е около 100 W до 1 м 2 повърхност с обикновено падащата слънчева радиация. Животът на тези батерии е почти неограничен. На съветските изкуствени спътници са фотоволтаични клетки, използвани за захранване радио.

За да се подобри с помощта на фототок явление, наречено вторична емисия на електрони. Това явление се състои в това, че по време на обстрела на определени вещества с бързи електрони наблюдават отклонение от тези нови електрони. При определени условия е възможно да се гарантира, че всеки един от електроните на инцидент почука вещества няколко вторични електрони.

Особено висока печалба токове дава устройство, известно като фотоумножител.

Шофиране устройство е показано на фигурата.

На фотоелектроните от катода ускорено в електрическо поле и падане на първия източник на емисии (емитер) , Knock от тях повече електрони. Тези електрони се ускоряват от своя страна, те попадат на излъчвателя , Щампа тях още по-голям брой на електрони.

За да се запази електроните последвани необходимите маршрути, електроди, прикрепени към специалната форма и да ги информира необходимите потенциали.

В съвременния индустриален дизайн фотоусилвателна когато девет степени на усилване постигнали обща печалба в фототока веднъж на захранващото напрежение в 1000-1500 волта. Това фотоумножител е оразмерен малко по-голяма от нормалната радиолампи.

Въз основа на фотоефекта всички съвременни телевизионни системи, т.е. предаване на радио изображения. За да направите това, включете светлинните сигнали в електрическа.

В прехвърля изображението е разделен на елементи, които стойност се определя от яснота на изображението. В случай на цялата картина на движещия се образ се предава 25 пъти в секунда.

Основната част от предавателното устройство е мозайка, съставена от клетки, образувани от сребърни зърна депозирани на слюда.

Цялата мозайка е разположен на метален субстрат. Повърхността на мозайка последователност, ред по ред, obbegat електронен лъч, и мозайка клетката придобива положителен потенциал. Ако осветяване мозайка, проектиране образа й в резултат на потенциала за фотоелектричния ефект от промяната на клетката. В зависимост от обхвата на клетките на техния потенциал ще бъде различен. По този начин, на потенциалното разпространение е установена в съответствие с разпределението на яркостта на повърхността на мозайката. Така подходящо промени и потенциала на металния субстрат. Този потенциал се използва като видео сигнал.

Освен това, видео сигнала се предава по радиото като сигнал, получен от микрофона, когато говор или музика излъчване. На телевизора obbegat повърхност електронен лъч електроннолъчева тръба, при което получените видео сигнали, влизащи в модулиране електрод, промяна на интензитета на този лъч. В този случай повърхността на тръба свети с по-голяма или по-малка яркост, възпроизвеждане на изображението.

Лек натиск от гледна точка на квантовата

Да разгледаме фотон размножителен във вакуум и се прилага релативистично формула тегло спрямо скорост

,

за фотона и ако приемем, че Това формула дава безсмислени резултат защото И затова, фотонна енергия също равен , В действителност, тя е , Ето защо, едно нещо остава , Това означава, че няма фотони почивка.

Така фотона - специално на частиците по същество различно от частици като електрони, протони и неутрони, които имат маса ненулева почивка и могат да бъдат в състояние на покой.

Photon не почива маса и може да съществува само движи със скоростта на светлината.

Освен енергията и масата на фотона има инерция. Съобщение фотонна енергия с неговата инерция От формулите на теорията на относителността

,

където - фотон пулс.

за фотона след това , Тази формула изразява свойства на частиците на фотона като лъч на частиците.

Тази формула може да се запише малко по-различно, изразявайки чрез броя на вълната , Под номер вълна в оптика осъзнават броя на дължини на вълните, които отговарят на дължина м, т.е.

,

където - дължина на вълната.

след това и защото след това ,

Изразяване в тази формула през получаваме и ,

определящият през получаваме ,

Ние се въведе понятието вектор на вълната, която е модул на вълната И посока съвпада с посоката на разпространение на светлината.

След желания формула в вектор форма могат да бъдат написани като

,

Тази формула изразява вълновите свойства на фотони.

По този начин, като се има предвид например фотон импулс наблюдаваме връзка и корпускулярни свойства на вълните на светлината.

Тази връзка не е случайно. Вече отбелязахме, че светлината открива двойствеността на вълна-частица: някои явления се проявява своята вълна природата, а тя се държи като електромагнитна вълна, а в други - показва еритроцитите естеството на светлината, и тя се държи като поток от фотони.

От присъствието на един фотон в пулса това предполага, че падащата светлина на всеки орган, упражнява налягане, равно на инерцията, придадена една повърхност на фотони за единица време. Вече сме свидетели на лек натиск от гледна точка на вълна природа на светлината (на уравнение на Максуел. Flat е-списание. Wave).

Нека сега да го разгледа от квантова гледна точка.

Лек натиск върху повърхността на тялото е резултат от факта, че при сблъсък с повърхността на всеки фотон прехвърля инерция към него.

Нека повърхността на тялото перпендикулярно на падащата светлина. Единицата за време на единица площ се пада " "фотони. Някои от тях се абсорбира от повърхността, и всеки от тях ще си даде тласък. Част от отразените фотони. Отразена фотон муха в обратна посока с импулс " ".

Следователно общият инерцията прехвърля към повърхността се отразява фотон ,

Лек натиск върху повърхността е равна на импулса, който се предава за единица време всички " "фотоните инцидента.

Ако означим отражение на светлината от повърхността, след това броят на фотони ще бъде отразено А броят на фотоните се абсорбира воля , Така светлина налягане е равно на

,

където - фотон пулс,

или като се вземе предвид факта, че ,

,

продукт Тя представлява енергията на фотоните инцидент за единица време на единица площ. след това

,

стойност Той представлява насипната плътност на падащата светлина енергия. С оглед на това,

,

Тази формула първо се получава чрез Максуел и потвърждава експерименти Лебедев. Лебедев устройство е много чувствителна усукване баланс, подвижната част, които са леки рамка с закрепени за леки и черни дискове. Тъй като налягането на черния диск е по-голямо от налягането на светлата диск, мобилната система ще работи на въртящия момент, което може да бъде измерено от ъгъла на завъртане на прежда, която се суспендира от рамката.

Въз основа на наблюдения Лебедев заключи, че в рамките на експерименталната грешка, количеството на лек натиск е в съответствие с формула получен чрез Максуел.

Комптън ефект

Корпускулярната свойства на светлина е особено ясно проявяват в явлението, която става известна като ефектът Compton.

През 1923 г.. Compton разсейване рентгеново изследване на различни вещества, намерени в разпръснати лъчи, заедно с оригиналната радиация дължина на вълната " "Също включва дълги лъчи дължина на вълната , Те са последващи модел е установена

,

където - ъгъл, образуван от посоката на разсеяна радиация от първичния лъч;

- константа, равна на ,

Шофиране опит Комптън е показано по-долу.

Едноцветен рентгенови лъчи skie произтичащи от рент-лъчева тръба Минете през отвора и тесен лъч насочен към разсейване материал , Ras seyannye лъчи записани от рентгенова спектрограф ,

Комптън не ефект obyas теория nyaetsya-вълна, но е лесно да се обясни, ако ДСИ-разглежда като рентгенов фотон поток един. В разпръсквайки ги следва да се изпълнява закона за запазване на енергията

,

където - масата на йоните, ;

- енергията на фотона на инцидент;

- енергията на разсеяна фотона;

- неподвижен електронна енергия;

- енергията на движещ се електрон.

В допълнение, той също трябва да бъде извършена, както и закона за запазване на инерцията

,

където - електрон импулс;

- инерцията на инциденти фотони;

- разпръснати фотон пулс.

Векторът количества. Поради това, както може да се види от това уравнение, те образуват помежду си триъгълник.

След това, в зависимост от косинус,

,

защото , и след това

, (1)

Ние разделяме уравнението на закона за запазване на енергията във всеки отделен случай на ,

след това ,

Square го

и боядисани втори мандат като

,

получаваме

, (2)

Изваждане на уравнение (2) Уравнение (1), получаваме

,

защото след това ,

Замествайки този израз в лявата страна на предишното уравнение, след прости преобразувания получаваме

;

,

Разделете уравнение от ,

след това или ,

защото и , Уравнението под формата или ,

определящият през Получават формула, която съвпада с емпиричната формула Compton

,

Както се вижда от тази формула, увеличението на рентгенова дължина на вълната за разсейване на фотони от електрони ще е най-голямо, когато , т.е. при условие, когато фотона след разсейване ще лети обратно в посока, обратна на първоначалната посока на движението му.

В този случай, ,

Compton формула показва също, че промяната в дължината на рентгенови лъчи е много малък. Следователно, може да се наблюдава само за кратки дължини на вълните, в които относителна промяна в дължината на вълната около 5%.





; Дата на добавяне: 01.05.2014; ; Прегледи: 1256; Нарушаването на авторски права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикува материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Не е авторът на материала, и предоставя на студентите възможност за безплатно обучение и употреба! Най-новото допълнение , Ал IP: 11.249.93.207
Page генерирана за: 0.054 сек.