Презентація для 11-го класу на тему "Фотоефект. Застосування фотоефекту".

Фотоефект. Застосування фотоефекту

Фотоефект- це явище взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною, в результаті якого енергія фотонів передається електронам речовини й останні переходять у новий енергетичний стан .

Це явище може проявлятись по-різному: як фотоіонізація окремих атомів і молекул газу під дією опромінення світлом;як фотоелектронна емісія під дією електромагнітного випромінювання(зовнішній фотоефект);у зміні електропровідності під дією світла (внутріщній фотоефект);у ініціюванні фотоядерних реакцій тощо. Зовнішній фотоефект. Внутрішній фотоефект

Фотоефект — явище «вибивання» світлом електронів із металів. Ілюстрація вибивання фотоелектронів із металевої пластини.

Відкриття. Вперше прямий вплив світла на електрику виявив німецький фізик Генріх Герц під час дослідів з електроіскровими вібраторами. Герц встановив, що заряджений провідник, освітлений ультрафіолетовим промінням, швидко втрачає свій заряд, а електрична іскра виникає в іскровому проміжку при меншій різниці потенціалів.

Проте у 1888 р російський учений Олександр Григорович Столєтов наочно продемонстрував зовнішній фотоефект і показав істинну природу та характер впливу світла на електрику. Отож, Фотоефект відкрив Герц,дослідив О. Г. Столєтов, а пояснив Ейнштейн.

Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію.

Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті. де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу. Макс Планк. Макс Планк

ЗАКОНИ ФОТОЕФЕКТУ1. Кількість фотоелектронів прямо пропорційна інтенсивності світла.2. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності світла, кінетична енергія фотоелектронів прямо пропорційна частоті світла.

ЗАКОНИ ФОТОЕФЕКТУ3. Для кожної речовини існують порогові значеннячастоти та довжини хвилі світла, які відповідають межііснування фотоефекту; світло з меншою частотою табільшою довжиною хвилі фотоефекту не викликає.

Генерація вільних носіїв зарядів у напівпровіднику, яка відбувається внаслідок опромінення напівпровідника, наз. внутрішнім фотоефектом.

При зовнішньому фотоефекті електрони вириваються з речовини, а при внутрішньому залишаються всередині неї.

Квант енергії фотона, що поглинається у процесі зовнішнього фотоефекту, витрачається на виконання роботи виходу електрона з металу і надання йому кінетичної енергії. Математично це записують рівнянням Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту: h ν =Aвих+ Ек

Квантова теорія дає таке пояснення законам фотоефекту:Із збільшенням інтенсивності монохроматичного випромінювання зростає кількість поглинутих металом фотонів, а отже, і кількість електронів, які вилітають з нього, прямо пропорційна інтенсивності випромінювання (перший закон).Із рівняння фотоефекту видно, що кінетична енергія електронів, яківилітають, залежить тільки від роду металу (який характеризується відпо­відною роботою виходу та від частоти (довжини) падаючого випроміню­вання (hv), а від інтенсивності не залежить, Ек=hν+Aвих (другий закон).

Якщо енергія фотона менша за роботу виходу Авих, то за будь-якої ін­тенсивності випромінювання електрони з металу не вилітатимуть (третій закон). Мінімальну частоту падаючого випромінювання (червону межу v0) можна визначити із рівняння фотоефекту, припустивши, що вся енергія падаючого фотона йде на виконання роботи виходу (Е=0) hνo= Aвих. З рівняння Ейнштейна можна визначити сталу Планка. Розра­хунки підтверджують теоретично запропоноване Планком значення h=6,63 • 10 -34 Дж • с, яке він отримав, пояснюючи теплове випромінювання тіл. Збіг значень сталої Планка, добутих різними методами, підтверджує правильність квантової теорії світла. 

Найважливіше значення фотоефекту полягає в тому, що його відкриття і дослідження стали експериментальною основою квантової теорії.

У кіно фотоелемент читає оптичний запис, записаний накіноплівці та відтворює його за допомогою підсилювача ідинаміка. Світло від лампи концентрується на звуковій доріжцікіноплівки, в тому місці, де нанесено оптичний запис. Світловий потік, проходячи через звукову доріжку, змінюєтьсяі потрапляє на фотоелемент. Чим більше світла проходитьчерез доріжку, тим голосніше звук в динаміці.

Фоторезистор дуже чутливий до найменшого зміни світла. Його встановлюють у фокус телескопа і вимірюютьтемпературу зірок. Він чутливий до інфрачервоних променів івикористовується в інфрачервоній техніці.

Вентильний фотоелемент використовуєтьсяв якості джерела струму в сонячнихбатареях на космічних станціях, та так самояк джерело живлення малої потужності вмікрокалькуляторах, годинниках, втранзисторних малопотужних приймачах.