Фотоэффект
Фотоэффект, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов). Ф. был открыт в 1887 Г. Герцем. Первые фундаментальные исследования Ф, выполнены А. Г. Столетовым (1888). Он установил, что в возникновении фототока в цепи, содержащей металлические электроды и источник напряжения, существенную роль играет освещение отрицательного электрода и что сила фототока пропорциональна интенсивности света. Ф. Ленард (1899) доказал, что при освещении металлов из них испускаются электроны. Первое теоретическое объяснение законов Ф. дал А. Эйнштейн (1905). В дальнейшем теория Ф. была развита в наиболее последовательном виде И. Е. Таммом и С. П. Шубиным (1931). Большой вклад в экспериментальное исследование Ф. внесли работы А. Ф. Иоффе (1907), П. И. Лукирского и С. С. Прилежаева (1928).
Ф. – квантовое
явление, его открытие и исследование
сыграли важную роль в экспериментальном
обосновании квантовой теории: только
на её основе оказалось возможным
объяснение закономерностей Ф. Свободный
электрон не может поглотить фотон,
т.к. при этом не могут быть одновременно
соблюдены законы сохранения энергии и
импульса. Ф. из атома, молекулы или
конденсированной среды возможен из-за
связи электрона с окружением. Эта связь
характеризуется в атоме энергией
ионизации,
в конденсированной среде – работой
выхода. Закон сохранения энергии
при Ф. выражается соотношением Эйнштейна:
,
где E – кинетическая энергия
фотоэлектрона,
–
энергия фотона,
–
Планка постоянная, Ei –
энергия ионизации атома или работа
выхода электрона из тела. При
<
Ei, Ф. невозможен.
Ф. может наблюдаться в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация). Первичным актом здесь является поглощение фотона атомом и ионизация с испусканием электрона. С высокой степенью точности можно считать, что вся энергия фотона за вычетом энергии ионизации передаётся испускаемому электрону. В конденсированных средах механизм поглощения фотонов зависит от их энергии. При , равных или не очень сильно (в десятки и сотни раз) превышающих работу выхода, излучение поглощается электронами проводимости (в металлах) или валентными электронами (в полупроводниках и диэлектриках), коллективизированными в твёрдом теле. В результате может наблюдаться фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) с граничной энергией фотонов, равной работе выхода, или фотоэффект внутренний (фотопроводимость и др. фотоэлектрические явления) с граничной энергией фотонов, равной ширине запрещенной зоны.
При энергиях фотонов , во много раз превышающих энергию межатомных связей в конденсированной среде (гамма-излучение), фотоэлектроны могут вырываться из "глубоких" оболочек атома. Влияние среды на первичный акт Ф. в этом случае пренебрежимо мало по сравнению с энергией связи электрона в атоме и Ф. происходит так же, как на изолированных атомах. Эффективное сечение Ф. sф сначала растет с w, а затем, когда становится больше энергии связи электронов самых глубоких оболочек атома, уменьшается. Такая зависимость sф от w качественно объясняется тем, что чем больше по сравнению с Ei, тем пренебрежимее связь электрона с атомом, а для свободного электрона Ф. невозможен. Вследствие того, что электроны К-оболочки наиболее сильно связаны в атоме и эта связь возрастает с атомным номером Z, sф имеет наибольшее значение для К-электронов и быстро увеличивается при переходе к тяжёлым элементам (~ Z5). При порядка атомных энергий связи Ф. является преобладающим механизмом поглощения гамма-излучения атомами, при более высоких энергиях фотонов его роль становится менее существенной по сравнению с др. механизмами: Комптона эффектом, рождением электронно-позитронных пар.
Виды фотоэффекта:
1) Люминесцентная лампа - поглощение световой энергии вещества.
2) Фосфоресценция - накопление световой энергии. (относится к люминесценции).
3) Фотосинтез - реакция соединения. (встречается в ботанике - растения); синтез под действием света.
4) Фоторазложение - выцветание красителя. (фотолиз - химическая реакция под действием света).
Фотоэффект был открыт Г. Герцом в 1887г. А в 1888-1889г. Столетов доказал, что сила фототока прямопропорциональна освещенности. И под действием света освобождаются отрицательные заряды (электроны)
Фотоэффект:
1) Внутренний - перераспределение электронов по электрическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках(в-во не проводящее электричество), происходящее под действием излучений.
2) Внешний - испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.