Fotoelektr effekti

Фотоэлектр эффекти ёки фотоэлектр эффекти ёруг'лик ёки бошқа электромагнит нурланишнинг модда билан о'заро та'сири ҳодисаси бо'либ, бунда фотон энергияси модданинг электронларига о'тказилади. Конденсацияланган (қаттиқ ва суюқ) моддаларда ташқи (фотонларнинг ютилиши моддадан ташқарида электронлар чиқиши билан бирга келади) ва ички (моддада қолган электронлар, ундаги энергия ҳолатини о'згартирувчи) фотоэлектрик эффектлар фарқланади. Газлардаги фотоэлектр эффекти нурланиш та'сирида атомлар ёки молекулаларнинг ионланишидан иборат.

Ташқи фотоэлектр эффекти

Ташқи фотоэлектр эффекти

Ташқи фотоэлектр эффекти ( фотоэлектрон эмиссия ) - электромагнит нурланиш та'сирида модданинг электронлар чиқиши. Ташқи фотоэлектр та'сирида моддадан чиқиб кетган электронлар фотоэлектронлар деб аталади ва улар томонидан ташқи электр майдонида тартибли ҳаракат пайтида ҳосил бо'лган электр токига фототок дейилади.

Фотокатод - электромагнит нурланишга бевосита та'сир қиладиган ва бу нурланиш та'сирида электронлар чиқарадиган вакуумли электрон қурилманинг электроди.

То'йинганлик фототоки - бу чиқарилган электронларнинг максимал оқими, фотокатод ва анод о'ртасидаги оқим, бунда барча чиқарилган электронлар анодда то'планади.

Фотокатоднинг спектрал характеристикаси - спектрал сезгирликнинг электромагнит нурланиш частотаси ёки то'лқин узунлигига бог'лиқлиги.

Кашфиёт тарихи

Ташқи фотоэлектр эффекти 1887 йилда Гейнрих Герц томонидан кашф этилган. Очиқ резонатор билан ишлаганда, у синк учқун бо'шлиқларига ултрабинафша нурлар сочсангиз, учқуннинг о'тиши сезиларли даражада осонлашишини пайқади.

1888-1890 йилларда фотоэлектр эффекти тизимли равишда рус физиги Александр Столетов томонидан о'рганилиб, 6 та мақола нашр этди. У бу соҳада бир қанча муҳим кашфиётлар қилди, жумладан, ташқи фотоэлектр эффектининг биринчи қонуни.

Столетов, шунингдек, "Қуёш спектрида этишмаётган энг юқори синиши нурлари зарядловчи та'сирга эга, агар фақат бо'лмаса, у ҳолда бошқа нурлардан жуда катта устунлик қилади" деган хулосага келди, я'ни у қизил рангли нурлар деган хулосага келди. фотоэффект чегараси мавжуд. 1891 йилда Элстер ва Геител гидроксиди металларни о'рганишда металлнинг электропозитивлиги қанчалик юқори бо'лса, у фотосенситив бо'лган кесиш частотаси шунчалик паст бо'лади, деган хулосага келишди.

Томсон 1898 йилда экспериментал равишда ташқи фотоэлектр эффекти пайтида металлдан чиқадиган электр зарядининг оқими у илгари кашф этган (кейинчалик электронлар деб аталадиган) зарралар оқими эканлигини аниқлади. Шунинг учун ёруг'лик кучайиши билан фототокнинг ортиши ёруг'лик кучайиши билан чиқариладиган электронлар сонининг ко'пайиши деб тушунилиши керак.

1900-1902 йилларда Филипп Ленард томонидан о'тказилган фотоэлектрик эффектни о'рганиш шуни ко'рсатдики, классик электродинамикадан фарқли о'лароқ, чиқарилган электроннинг энергияси доимо тушаётган нурланиш частотаси билан бог'лиқ ва деярли нурланиш интенсивлигига бог'лиқ эмас.

Фотоэлектрик эффект 1905 йилда Макс Планкнинг ёруг'ликнинг квант табиати ҳақидаги гипотезасига асосланиб , Алберт Эйнштейн томонидан тушунтирилган (бунинг учун у 1921 йилда швед физиги Карл Вилгелм Осеэн номинацияси туфайли Нобел мукофотига сазовор бо'лган). Эйнштейннинг иши муҳим янги гипотезани о'з ичига олган эди - агар Планк 1900 йилда ёруг'лик фақат квантланган қисмларда чиқарилади, деб таклиф қилган бо'лса, Эйнштейн аллақачон ёруг'лик фақат энергия билан квантланган қисмлар ( фотонлар ) ко'ринишида мавжудлигига ишонган.ҳν бири, қаэрдаҳ - Планк доимийси.

Фотоэлектрик эффектни о'рганиш бо'йича о'қув эксперименти схемаси. Частоталарнинг тор диапазони ёруг'ликдан олинади ва вакуум қурилмаси ичидаги катодга ё'налтирилади. Катод ва анод орасидаги кучланиш улар орасидаги энергия чегарасини о'рнатади. Оқим электронлар анодга этиб келганида ҳукм қилиш учун ишлатилади.

1906-1915 йилларда фотоэлектр эффекти Роберт Милликен томонидан қайта ишланди. У блокировкалаш кучланишининг частотага аниқ бог'лиқлигини аниқлай олди (бу аслида чизиқли бо'либ чиқди) ва шундан Планк доимийлигини ҳисоблай олди. "Мен ҳаётимнинг о'н йилини 1905 йилдаги ушбу Эйнштейн тенгламасини текширишга сарфладим, - деб ёзади Милликан, "ва барча кутганларимдан фарқли о'лароқ, мен 1915 йилда унинг бема'нилигига қарамай, экспериментал тасдиқланганлигини со'зсиз тан олишга мажбур бо'лдим. ёруг'лик аралашуви ҳақида биз билган ҳамма нарсага зиддир. 1923 йилда Милликан "элементар электр зарядини ва фотоэлектр эффектини аниқлашдаги иши учун" физика бо'йича Нобел мукофотига сазовор бо'лди.

Фотоэлектрик эффект бо'йича тадқиқотлар энг қадимги квант механик тадқиқотларидан бири эди.

Ташқи фотоэффект қонунлари

Ташқи фотоэффект қонунлари :

Фотоэффектнинг 1-қонуни (Столетов қонуни) : Тўйинган фототокнинг кучи ёруғлик нурланишининг интенсивлигига тўғридан-тўғри пропорционалдир. Фотокатодга тушадиган электромагнит нурланишнинг доимий спектрал таркиби билан то'йинган фототок катоднинг энергия ёритилишига мутаносибдир (бошқача қилиб айтганда, вақт бирлигида катоддан урилган фотоэлектронларнинг сони нурланиш интенсивлигига то'г'ридан-то'г'ри пропорционалдир)

Фотоэлектр эффектининг 2-қонуни : Ёруг'лик та'сирида урилган электронларнинг максимал кинетик энергияси ёруг'лик частотаси билан ортади ва унинг интенсивлигига бог'лиқ эмас.

Фотоэлектрик эффектнинг 3-қонуни : Ҳар бир модданинг сиртининг ма'лум бир ҳолатида ёруг'ликнинг кесиш частотаси мавжуд бо'либ, ундан пастда фотоэлектрик эффект кузатилмайди. Бу частота ва унга мос келадиган то'лқин узунлиги фотоэлектр эффектининг қизил чегараси деб аталади.

Ташқи фотоэлектр эффекти амалда инерсиясиздир . Фотоэлектрик эффект мавжуд бо'лиши шарти билан тананинг сирти ёритилганда дарҳол фототок пайдо бо'лади.

Фотоэлектрик эффект билан тушган электромагнит нурланишнинг бир қисми металл юзасидан акс этади ва бир қисми металл, яримо'тказгич ёки диэлектрикнинг сирт қатламига кириб, у ерда со'рилади. Фотонни ютиб, электрон ундан энергия олади. 1905 йилги назарияга ко'ра, энергиянинг сақланиш қонунига ко'ра, ёруг'лик заррачалар ( фотонлар ) шаклида тасвирланганда, Эйнштейннинг фотоэлектр эффекти формуласи қуйидагича:

${\дисплайстйле ҳ \ну = \пҳи + \фраc{мв_{м}^2}{2}}$

бу ерда ${\дисплайстйле \пҳи}$ - Т. н. иш функсияси (моддадан электронни олиб ташлаш учун зарур бо'лган минимал энергия). А ҳарфи замонавий илмий адабиётларда иш функциясини белгилаш учун ишлатилмайди ;

${\дисплайстйле \фраc{мв_м^2}{2}}$ - чиқарилган электроннинг максимал кинетик энергияси ;

${\дисплайстйле \ну}$ - энергия билан тушган фотоннинг частотаси ${\дисплайстйле ҳ \ну}$ ;

- Планк доимийси .

Бу формула Т = 0 К да фотоэффектнинг <б ид="мwмҚ">қизил чегараси</б> мавжудлигини, я'ни энг паст частотанинг мавжудлигини билдиради ( ${\дисплайстйле {ҳ\ну }_{\мин } = \пҳи}$ ), унинг остида фотон энергияси металлдан электронни "уйриб ташлаш" учун этарли эмас. Ко'пгина моддалардаги ҳодиса фақат ултрабинафша нурланишда намоён бо'лади, аммо ба'зи металларда (литий, калий, натрий) ко'ринадиган ёруг'лик ҳам етарли.

Электродларга қо'лланиладиган тескари поларит кучланиши фотоэлектрик оқимни камайтиради, чунки электронлар электростатик кучларни энгиш учун қо'шимча ишларни бажаришлари керак. Фотооқимни то'лиқ то'хтатувчи минимал кучланиш, кечиктирувчи ёки блокировка қилувчи кучланиш деб аталади. Электронларнинг максимал кинетик энергияси секинлаштирувчи кучланиш билан ифодаланади:

${\дисплайстйле Э^{мах}_к=э У_3}$

Фотоэлектрон атомларнинг сирт қатламидан учиб чиққанда фотоэлектрон сиртга ва қаттиқ жисмнинг ҳажмидан фотоэлектрон учиб чиққанда волуметрикга бо'линади. Волуметрик фотоэлектр эффекти уч босқичда ко'риб чиқилади:

биринчи босқичда атом электрони қо'зг'алувчан ҳолатга о'тади, иккинчи босқичда тортувчи электр майдони та'сирида электрон сиртга чиқади, учинчи босқичда электрон энергияси потенциални енгиш учун этарли бо'лса. юзасида то'сиқ, кейин у қаттиқ ташқарига учиб. Умуман олганда, қуйидагиларни ёзиш мумкин:

${\дисплайстйле ҳ\ну= Э_{б}+Э_{л}+Э_{кин}+\пҳи}$

бу ерда ${\дисплайстйле Э_б}$ - Ферми даражасига нисбатан электроннинг бог'ланиш энергияси, ${\дисплайстйле Э_л}$ электроннинг сиртга чиқиш ё'лидаги энергия ё'қолиши, асосан кристалл панжарада тарқалиши, ${\дисплайстйле Э_{кин}}$ вакуумга чиқарилган электроннинг кинетик энергияси.

Фаулер назарияси

Металлар учун ташқи фотоэлектр эффектининг асосий қонуниятлари Фаулер назариясида яхши тасвирланган. Унга ко'ра, фотон металлга сингдирилгандан со'нг, унинг энергияси о'тказувчанлик электронларига о'тади, бунинг натижасида металлдаги электрон газ Ферми-нинг одатдаги тақсимоти билан газлар аралашмасидан иборат бо'либ чиқади. Дираc тарқатиш ва ҳаяжонли (о'згартирилган ${\дисплайстйле ҳ\ну}$ ) электрон энергиясининг функциялари бо'лган тақсимот.

Фототокнинг зичлиги Фаулер формуласи билан аниқланади:

${\дисплайстйле ж=\бегин{cасес}$

 {{Б}_{1}}{{Т}^{2}}\эхп \лефт(\фраc{ҳ\ну -ҳ{{\ну }_{\мин }}}{кТ}\ригҳт), & ҳ\ну \леқслант {{ҳ\ну }_{\мин }}-2кТ, \\
 {{Б}_{2}}{{Т}^{2}}\лефт(\фраc{{{(ҳ\ну -ҳ{{\ну }_{\мин }})}^{2}}}{{{к}^{2}}{{Т}^{2}}}+{{Б}_{3}}\ригҳт), & ҳ\ну >{{ҳ\ну }_{\мин }+2кТ}, \\

\энд{cасес}}

бу ерда ${\дисплайстйле Б_1}$, ${\дисплайстйле Б_2}$, ${\дисплайстйле Б_3}$ нурланган металлнинг хоссаларига қараб ба'зи доимий коэффициэнтлардир. Формула металлнинг иш функциясидан бир неча электрон волтдан ортиқ бо'лмаган фотоэмиссия қо'зг'алиш энергияларида амал қилади. Фаулер назарияси фақат сиртга нормал ёруг'лик тушган тақдирдагина тажриба билан мос келадиган натижалар беради.

Изоҳ: "Оддий тақсимланган Ферми-Дирак тақсимоти " атамаси "нормал тақсимланган Ферми-Дирак тақсимоти " билан алмаштирилди, чунки бу ерда ното'г'ри тушунилиши мумкин бо'лган математик атама нормал тақсимот мавжуд.

Манбалар

• Ландсберг Г.C - Физматлит
• Лукирский П - О фотоэффекте
• Лукьянов С.Ю - Фотоэлементы
• Рывкин С. М - Фотоэлектрические явления в полупроводниках
• Тҳе Аналйсис оф Пҳотоэлеcтриc Сенситивитй Cурвес фор Cлеан Металс ат Вариоус Температурес

Ҳаволалар

Ушбу мақола Мирзо Улуг'бек номидаги О'збекистон Миллий университети Физика факултети томонидан Wикита'лим лойиҳаси доирасида яратилди.