Фотоелектричний ефект. Дослідження О.Г.Столєтова

Фотоелектричний ефект (фотоефект): переход електронів речовини в новий енергетичний стан під дією електромагнітного випромінювання.

Фотоефект поділяється на зовнішній, внутрішній і вентильний.

Внутрішній фотоефект - це викликані електромагнітним випромінюванням переходи електронів усередині напівпровідника або діелектрика зі зв'язаних станів у вільні без вильоту назовні. У результаті концентрація носіїв струму усередині тіла збільшується, що приводить до виникнення фотопровідності - підвищенню електропровідності напівпровідника або діелектрика при його освітленні.

Вентильний фотоефект (різновид внутрішнього фотоефекта) - виникнення ЕРС (фото- ЕРС) при освітленні контакту двох різних напівпровідників або напівпровідника й металу (при відсутності зовнішнього електричного поля). Вентильний фотоефект використовується в сонячних батареях для прямого перетворення сонячної енергії в електричну.

Зовнішній фотоефект (фотоелектронна емісія) – виривання електронів з поверхні тіла під дією електромагнітного випромінювання.

На рис. 1.1 показана схема установки для вивчення зовнішнього фотоефекту в металах.

Світло падає скрізь вікно на поверхню фотокатода К, який розміщується в середині вакуумованої трубки. Залежність фотоструму І в трубці від різниці потенціалів U анода А і катода К при постійній енергетичній освітленості Е _е катода монохроматичним світлом зображено на рис. 1.2.

При U = U _о жоден з електронів не може подолати затримуючого поля й досягтися анода.

Існування фотоструму при негативних значеннях U від 0 до – U _о свідчить, що фотоелектрони мають початкову швидкість, коли виходять з катоду. Максимальна початкова швидкість фотоелектронів зв’язана з гальмуючим потенціалом U _о співвідношенням:

, (1.1)

де е і m – абсолютна величина заряду і маса електрона.

Фотострум збільшується зі зростанням U лише до граничного значення І _н, який називається фотострумом насичення. При фотострумі насичення всі електрони, які вилітають з катода під дією світла, досягають анода. Тобто,

,

де – кількість фотоелектронів за 1 с, які залишають катод.

Закони зовнішнього фотоефекту:

1. Закон Столетова: при незмінному спектральному складі світла фотострум насичення пропорційний енергетичній освітленості фотокатода: І _н ~ Е _е і ~ Е _е.

2. Для даного фотокатода максимальна початкова швидкість фотоелектронів залежить від частоти світла і не залежить від його інтенсивності.

3. Для кожного фотокатода існує червона границя зовнішнього фотоефекту, яка визначається мінімальної частотої світла , при якій ще можливе існування зовнішнього фотоефекту.

Поиск по сайту: