Έχετε ακούσει για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο? Εδώ σας προσφέρουμε όλες τις πληροφορίες που αφορούν το εντυπωσιακό θέμα που προκύπτει από την κβαντική φυσική. Μάθετε για την ιστορία, την εξήγηση και την έννοια του, καθώς και για ορισμένους εκπροσώπους που έχουν συνεισφέρει σε αυτόν τον κλάδο της φυσικής.
Τι είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο;
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο έγκειται στην έκφραση και την εκδήλωση ηλεκτρονίων, η οποία πραγματοποιείται μέσω ενός αγωγού που μπορεί να είναι ένα αντικείμενο που επιτυγχάνει την επαγωγή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αυτή η ακτινοβολία μεταφράζεται σε αντιληπτό φως. Ανάμεσα σε μερικά φωτιστικά σώματα μπορούμε να βρούμε τα εξής:
Φωτοαγωγιμότητα
Παίζει θεμελιώδη ρόλο χάρη στα αποτελέσματα που ασκεί αυξάνοντας τα επίπεδα αγωγιμότητας που μεταφράζονται σε ηλεκτρισμό που ασκεί το φως. Αυτό το πείραμα αποκαλύφθηκε στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα.
Φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα
Σχετίζεται ιδιαίτερα με το γεγονός ότι ενεργοποιεί ένα φαινόμενο που μετασχηματίζει την φωτεινή ενέργεια σε αντίθεση με την ηλεκτρική ενέργεια. Γεγονός που πυροδοτείται το έτος χίλια οκτακόσια ογδόντα τέσσερα.
Ανακάλυψη
Η ανακάλυψη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου πραγματοποιείται χάρη στις μελέτες που πραγματοποίησε ο Heinrich Hertz το έτος χίλια οκτακόσια ογδόντα επτά. Η παρατήρησή του βρίσκεται κάτω από τις προσεγγίσεις που περιλαμβάνουν μια καμπύλη που αναπηδά μεταξύ 2 ηλεκτροδίων και που διασυνδέονται υπό υψηλή τάση, που τείνει να φτάσει σε μεγαλύτερες αποστάσεις όταν φωτίζεται από υπεριώδες φως, το οποίο είναι εντελώς διαφορετικό από όταν είναι στο σκοτάδι.
Η πρώτη απόδειξη αυτού του θεωρητικού σημείου σκιαγραφήθηκε μέσω του ορισμού ή της περιγραφής που πρότεινε ο Albert Einstein για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι το σωματίδιο που αντιστοιχεί στο φως ονομάζεται φωτόνιο. Η βάση για τη δημιουργία αυτής της θεωρίας που βασίζεται στο φως χρησιμοποιήθηκε από τον Αϊνστάιν χάρη στις εξέχουσες μελέτες του Planck. Ο οποίος έκανε κάποιες προσπάθειες για να δείξει την ύπαρξη πόσων.
La Βιογραφία του Max Planck μας δείχνει την εισβολή αυτού του επιστήμονα στον κόσμο της φυσικής, εκτός από το ότι αποδεικνύει ορισμένες αναγνωρίσεις που του δόθηκαν χάρη στις μελέτες που έγιναν για τα κβάντα της δράσης. Λαμβάνοντας υπόψη ότι αυτή η θεωρία άνοιξε τις πόρτες στο μονοπάτι της κβαντικής φυσικής με γρήγορο και ρευστό τρόπο.
El φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Είναι σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα φωτόνια επιτυγχάνουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων σε αυτή τη διαδικασία ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ενώ στην περίπτωση των ακτίνων Χ δεν ήταν παρά πολλές μελέτες που έδωσαν τη σύσταση στην οποία παράγονται οι ακτίνες Χ Ότι για το έτος 1985 ανακαλύπτονται τα αποτελέσματα και η χρήση της εν λόγω ακτινοβολίας που ονομάζονται ακτίνες, από τον επιστήμονα Wilhelm Rotge.
φωτόνια
Ο φωτόνια αντιπροσωπεύονται από ενέργειες που οριοθετούνται από έναν τύπο συχνότητας φωτός με τη μορφή κύματος. Εάν βρεθούμε στην περίπτωση ενός ατόμου, το οποίο απορροφά μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας που αναδύεται από ένα συγκεκριμένο φωτόνιο, έχει μεγάλα ενεργειακά ποσά που του επιτρέπουν να πετάξει ένα ηλεκτρόνιο από το εν λόγω υλικό, για να πάει αργότερα προς ένα συγκεκριμένο μονοπάτι που καταλήγει σε συγκεκριμένο χώρο.
Έχοντας συμβεί τα παραπάνω, το ηλεκτρόνιο απωθείται από το υλικό. Στην αντίθετη περίπτωση. Εάν η ενέργεια που εκπέμπει το φωτόνιο δεν έχει αρκετή δύναμη, το ηλεκτρόνιο δεν έχει την ευκινησία να διαφύγει ή να διαφύγει από το εν λόγω υλικό.
Από την πλευρά του, δεν εξαρτάται από τις αλλαγές που δημιουργούνται από τη δύναμη του φωτός να τροποποιηθεί η ενέργεια που υπάρχει στο φωτόνιο, μόνο ο αριθμός των ηλεκτρονίων που καταφέρνουν να ξεφύγουν από το χώρο στον οποίο βρίσκονται έχουν τη δύναμη να το κάνουν. Έτσι, χάρη στη δύναμη που εκπέμπουν τα ηλεκτρόνια, είναι σαφές ότι δεν εξαρτάται από την ακτινοβολία που φθάνει, αλλά από τη συχνότητα που εκπέμπεται.
Γενικά, δεν μπορούν όλα τα ηλεκτρόνια να αποβληθούν από το ηλεκτρόνιο. φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, Λαμβάνεται υπόψη ότι οι πρώτοι που βγαίνουν είναι αυτοί που συνήθως δεν χρειάζονται υπερβολική δύναμη για να πετύχουν την επιτυχή αποβολή. Σε έναν διηλεκτρικό μονωτή, μερικά ηλεκτρόνια με μεγάλες ποσότητες ενέργειας μπορούν να φανούν στη ζώνη σθένους.
Στην περίπτωση του μετάλλου, συνήθως βρίσκουμε τα ηλεκτρόνια μπροστά από μια ευρεία ζώνη που δίνει μεγάλη αγωγιμότητα.
Επομένως, μέσω του ημιαγωγού είναι δυνατή η εμφάνιση των ηλεκτρονίων που μεταδίδουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Όσον αφορά τους αγωγούς αυτού του τύπου, λίγα ηλεκτρόνια βρίσκονται συνήθως στη ζώνη που δημιουργεί αγωγιμότητα.
Όταν μιλάμε για θερμοκρασία δωματίου συνήθως βρίσκουμε κάποια ηλεκτρόνια με μεγάλες ποσότητες ενέργειας, τα οποία έχουν βρεθεί πολύ κοντά στα επίπεδα Fermi. Υπάρχει μια ενέργεια που πρέπει να περιέχει ένα ηλεκτρόνιο για να φτάσει σε ένα επίπεδο Fermi, αυτή είναι γνωστή ως σύντηξη εργασίας, ενώ η ελάχιστη συχνότητα που απαιτείται για την ακτινοβολία για την αποβολή ενός ηλεκτρονίου ονομάζεται συχνότητα κατωφλίου.
Η εκτίμηση της εν λόγω ενεργειακής ποσότητας είναι ευέλικτη, και ποτέ σταθερή, αυτό φυσικά, ανάλογα πάντα με το υλικό και τα ατομικά του στρώματα. Ορισμένα μεταλλικά υλικά όπως το ασβέστιο και το καίσιο έχουν πολύ χαμηλή απόδοση εργασίας. Για το λόγο αυτό, πρέπει να είναι απολύτως αυστηρό το υλικό να είναι καθαρό όσον αφορά τα άτομα.
Επεξήγηση
Τα φωτόνια που έχουν ακτίνες φωτός, με τη σειρά τους έχουν μια ιδιόμορφη ενέργεια, η οποία καθορίζεται από τη συχνότητα που παρέχει το φως. Μέσω της διαδικασίας φωτοεκπομπής, εάν ένα ηλεκτρόνιο καταφέρει να απορροφήσει την ενέργεια ενός φωτονίου και το φωτόνιο έχει ενέργεια ακόμη μεγαλύτερη από τη συνάρτηση εργασίας, το ηλεκτρόνιο θα αποβληθεί από την ύλη.
Όταν η ενέργεια της δέσμης αυξάνεται, δεν υπάρχει αλλαγή στις ενέργειες των φωτονίων, υπάρχει μόνο αλλαγή στην αριθμητική ποσότητα των φωτονίων. Επομένως, το προφανές συμπέρασμα είναι ότι η ενέργεια κάθε ηλεκτρονίου δεν θα εξαρτηθεί ποτέ από την ένταση ή τη δύναμη που παρέχει το φως, αλλά από την ενέργεια που παράγει κάθε φωτόνιο.
Αυστηρά όλη η ενέργεια που αποκτά το φωτόνιο πρέπει να έλκεται και με τη σειρά του πρέπει να χρησιμοποιηθεί για να επιτευχθεί η απελευθέρωση ενός ηλεκτρονίου που είναι συνδεδεμένο με ένα άτομο. Σε αυτή την περίπτωση, η εν λόγω ενέργεια που περιέχει τα φωτόνια που καταφέρνει να καταναλώσει ένα από αυτά τα μέρη, αποσυνδέει το ηλεκτρόνιο από το άτομο και το υπόλοιπο μετατρέπεται ως συνεισφορά της κινητικής ενέργειας ως μέρος του ηλεκτρονίου που καταλήγει σε ένα ελεύθερο σωματίδιο.
Ο Albert από την πλευρά του δεν είχε ως στόχο τη συγκεκριμένη μελέτη της αιτιότητας που δημιουργούν τα ηλεκτρόνια στην ακτινοβολία ορισμένων μετάλλων, η οποία αργότερα έγινε κινητική ενέργεια, ωστόσο έκανε τις σχετικές παρατηρήσεις του.
Βρήκε την εξήγηση της συμπεριφοράς που ασκεί η ακτινοβολία. Μέσω αυτής της δράσης, προτάθηκε να εξηγηθεί μέσω παρατήρησης ο αριθμός των ηλεκτρονίων που άφησαν το υλικό, λαμβάνοντας υπόψη ότι η συχνότητα έπαιξε θεμελιώδη ρόλο στις ενέργειες που πραγματοποιήθηκαν.
Ιστορία
Στον κόσμο της φυσικής καταφέραμε να οριοθετήσουμε την ιστορία ορισμένων ανακαλύψεων που καταγράφονται σε ακριβείς ημερομηνίες, χάρη στη μελέτη ορισμένων Σημαντικοί επιστήμονες ο οποίος συνέβαλε με διάφορες μελέτες και θεωρίες που σήμερα έχουν βοηθήσει στην εξήγηση ορισμένων φαινομένων της φυσικής, μεταξύ των επιστημόνων που μπορούμε να αναφέρουμε βρίσκουμε:
Heinrich Hertz
Αυτός ο επιστήμονας κατάφερε να πραγματοποιήσει την πρώτη μελέτη για την παρατήρηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου το έτος χίλια οκτακόσια ογδόντα επτά. Τα όργανα με τα οποία πραγματοποίησε αυτό το πείραμα βασίζονται σε ένα πηνίο στο οποίο θα μπορούσε να γίνει ένας σπινθήρας ως εγγύηση ότι θα λειτουργούσε ως δέκτης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Για να αποκτήσει μια ολοκληρωμένη όραση του πανοράματος και με τη σειρά του να επιτύχει την παρατήρηση του σπινθήρα, έκλεισε τον δέκτη σε ένα μαύρο κουτί ή δοχείο. Με δεδομένο αυτό, πραγματοποιήθηκε απορρόφηση υπεριώδους φωτός, η οποία παρείχε εύκολα το άλμα των ηλεκτρονίων. Και με τη σειρά του, η δύναμη που περιείχε ο σπινθήρας που είναι προικισμένος με ηλεκτρισμό που παρήγαγε ο δέκτης αποδείχθηκε άμεσα. Ο επιστήμονας δημοσίευσε το εν λόγω πείραμα ακόμη και χωρίς να εξηγήσει το φαινόμενο.
Ιωσήφ Ιωάννης Thomson
Μέχρι το XNUMX, ο επιστήμονας Thomson ετοίμαζε τα θεμέλια για μια μελέτη ειδικά για τις καθοδικές ακτίνες. Υπό την επίδραση του Maxwell, ο μελετητής συμπεραίνει ότι οι καθοδικές ακτίνες είχαν τις ρίζες τους σε μια ροή σωματιδίων που βρέθηκαν με διάφορα αρνητικά φορτία, στα οποία δίνει το όνομα των σωματιδίων και ότι τελικά τους δίνεται το όνομα ηλεκτρονίων.
Ο Joseph πήρε τη βάση του πειράματός του σε μια εντελώς κλειστή μεταλλική πλάκα σε ένα σωλήνα κενού, εκθέτοντας το εν λόγω στοιχείο στο φως με μια πλήρη διαφορά ως προς το μήκος κύματος. Ο επιστήμονας πίστευε ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο δίνει κάποιους συντονισμούς με το ηλεκτρικό πεδίο και ότι μέσω αυτού εκπέμπεται ένα σώμα προικισμένο με ηλεκτρικό φορτίο.
Η ένταση που υπήρχε στο εν λόγω ρεύμα προικισμένο με ηλεκτρισμό ήταν πολύ μεταβλητή εν όψει των έντονων επιπέδων που παρήγαγε το φως. Αυτό σήμαινε ότι όσο αυξανόταν το φως, αυξανόταν και το ρεύμα. Η μετάφρασή του πραγματοποιείται χάρη στο γεγονός ότι η ακτινοβολία που έχει μεγαλύτερη συχνότητα, με τη σειρά της παράγει και σωματίδια με μεγαλύτερη κινητική ενέργεια.
Philipp Lenard
Για το χίλια εννιακόσια δύο, αυτός ο επιστήμονας διεξήγαγε μια μελέτη για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο στο οποίο έδειξε την ενεργειακή διακύμανση των ηλεκτρονίων, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι παίζουν θεμελιώδη ρόλο με τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός.
Albert Einstein
Στα χίλια εννιακόσια πέντε, πραγματοποιήθηκε η επιστημονική διατύπωση της περίφημης θεωρίας της σχετικότητας, που προτάθηκε από τον επιστήμονα με συνταγές που βασίζονταν σε μαθηματικές και αριθμητικές βάσεις, οι οποίες επέτρεπαν την κατανόηση ορισμένων διαδικασιών. Η εκπομπή ηλεκτρονίων συνδέθηκε με την παραγωγή και την απορρόφηση κβαντών φωτός, τα οποία αργότερα ονομάστηκαν φωτόνια.
Το 1905, την ίδια χρονιά που διοργάνωσε ένα μάθημα για τη θεωρία της σχετικότητας, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πρότεινε μια έρευνα στην οποία εξέθεσε ένα φαινόμενο που φαινόταν να λειτουργεί σωστά, στο οποίο η εκπομπή ηλεκτρονίων παρήχθη από τα κβάντα απορρόφησης του φωτός. γεγονός που αργότερα θα ονομαζόταν φωτόνια.
Σε ένα άρθρο με τίτλο A Eucharistic Viewpoint on the Production and Transformation of Light, έδειξε πώς η ιδέα ότι διακριτά σωματίδια φωτός θα μπορούσαν να δημιουργήσουν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και επίσης έδειξε την παρουσία μιας χαρακτηριστικής συχνότητας για κάθε υλικό κάτω από την οποία δεν είχε καμία επίδραση. Για αυτήν την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, ο Αϊνστάιν θα λάβει το Νόμπελ Φυσικής το 1921.
Λαμβάνοντας υπόψη τη θεωρία του Αϊνστάιν, η ενέργεια με την οποία τα ηλεκτρόνια έφυγαν από την κάθοδο την ίδια στιγμή που ανέβαιναν σταθερά, μέσω της συχνότητας του προσπίπτοντος φωτός, μακριά από την έντονη μορφή ενέργειας. Κατά πολύ, ένα τέτοιο αποτέλεσμα δεν είχε παρατηρηθεί στην αρχαιότητα. Η πειραματική επίδειξη αυτής της πτυχής πραγματοποιήθηκε το 1915 από τον Αμερικανό φυσικό Robert Andrews Millikan.
Τέλος, καθένας από τους επιστήμονες που αναφέρθηκαν παραπάνω έχει συμβάλει σημαντικά στη μελέτη και την ανακάλυψη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Χάρη στην οποία σήμερα η γνώση και οι θεωρητικές προσεγγίσεις έχουν γίνει πολύ καλά αποδεκτές.
Σήμερα αυτό το απίστευτο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο μετράει ως μηχανισμός που μπορεί να βρεθεί σε διάφορους ηλεκτρονικούς εξοπλισμούς. Η ανακάλυψή του ήταν πραγματικά σημαντική χάρη στις μελέτες που έγιναν για να μάθουμε κάποιες επιδράσεις που έχει το φως.
Όντας οι μελέτες αυτών των επιστημόνων, συνεισφορές που κατάφεραν να κάνουν μεγάλη διαφορά στον κόσμο της φυσικής. Χάρη σε αυτό, η κβαντική φυσική είναι ένας επιστημονικός κλάδος που απέκτησε μεγάλο επίπεδο κύρους, το οποίο προοδευτικά αναπτύχθηκε με μεγάλη ώθηση και ενδιαφέρον.
δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου
Αυτό το φαινόμενο είναι το φυσικό αποτέλεσμα που ανακαλύφθηκε σε πρώτη φάση μαζί με άλλα φάσματα των ίδιων χαρακτηριστικών. Ξεκίνησε την ανακάλυψη του λεγόμενου κυματοσωματιδίου που είναι συστατικό της κβαντικής μηχανικής. Το φως συμπεριφέρεται σαν κύματα, έχοντας τη δυνατότητα να παράγει παρεμβολές και περίθλαση όπως στο πείραμα διπλής σχισμής του Thomas Young, αλλά ανταλλάσσει ενέργεια με διακριτό τρόπο σε ενεργειακά πακέτα, φωτόνια, των οποίων η ενέργεια εξαρτάται από τη συχνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
Αυτά τα ιδανικά κατάφεραν να οικοδομήσουν μια θεωρία ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με εξαιρετικά σαφείς και καθορισμένες βάσεις, αφού μέσω αυτής προέκυψαν εξηγήσεις για άλλους όρους που εμπλέκονται στις λειτουργίες που επιτελεί η ακτινοβολία.
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο σήμερα
Σήμερα το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι συνήθως η πλήρης βάση που μπορεί να βρεθεί πριν από τα ενεργειακά επίπεδα που εκδηλώνονται με φωτοβολταϊκό τρόπο, αυτού του είδους το φαινόμενο συναντάται συνήθως στις θερμοηλεκτρικές βιομηχανίες, όπως εκδηλώνεται σε ορισμένα ευαίσθητα συστήματα που περιέχουν κάμερες ψηφιοποιημένες.
Σε άλλα στοιχεία, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο υπάρχει σε καθημερινές οικιακές συσκευές, οι περισσότερες από τις οποίες αποτελούνται από ένα πολύ πιθανό υλικό, όπως ο χαλκός, αυτά τα στοιχεία επιτυγχάνουν την παραγωγή δυνητικών ηλεκτρικών ρευμάτων.
Μπορούμε επίσης να βρούμε αυτό το φαινόμενο σε σώματα που είναι εκτεθειμένα στις αντανακλάσεις του Ήλιου για μεγάλο χρονικό διάστημα. Όταν λαμβάνετε αυτό το φως απευθείας, τα σωματίδια σκόνης που αποτελούν την επιφάνεια της Σελήνης φορτίζονται με θετική ενέργεια, χάρη στην πρόσκρουση των φωτονίων. Αυτά τα μικροσκοπικά θραύσματα, φορτισμένα, απωθούν το ένα το άλλο, υψώνοντας έτσι και σχηματίζοντας μια αδύναμη ατμόσφαιρα.
Οι φυσικοί δορυφόροι λαμβάνουν επίσης θετικό ηλεκτρικό φορτίο και γεμίζουν την επιφάνεια που φωτίζεται από τον Ήλιο, ωστόσο, στην πιο σκοτεινή περιοχή, φορτίζεται με αρνητική ενέργεια. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη αυτό το ενδεχόμενο συσσώρευσης ενέργειας.
Τέλος, η ανακάλυψη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου έφερε μαζί της τη βελτίωση που με την πάροδο του χρόνου μας βοήθησε να κατανοήσουμε με υπέροχο τρόπο τη βαθιά δομή που παρουσιάζει ο κόσμος. Με τη σειρά τους, οι εξελίξεις που προκάλεσαν την επίδρασή του, μεταφράζονται στις ακόλουθες τεχνολογικές εξελίξεις:
- Μετάδοση κινούμενων εικόνων
- κινηματογραφική πρόοδο
- Τηλεόραση
- Βαρέα μηχανήματα, που χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες βιομηχανοποίησης.
Στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο επιτυγχάνει απίστευτα αποτελέσματα, αφού ο δημόσιος φωτισμός είναι εφικτός χάρη στη χρήση του. Λαμβάνοντας υπόψη ότι πολλά από τα μηχανήματα που εκτελούν αυτήν την εργασία δεν χρειάζεται να παρακολουθούνται ή να επιβλέπονται από εργάτη ή χειριστή, καθώς αυτό το εφέ ανάβει και σβήνει αυτόματα τα φώτα που φωτίζουν τις λεωφόρους ή τους δρόμους οποιουδήποτε μέρους.
Χωρίς αμφιβολία, αυτό το φαινόμενο είναι πραγματικά πολύπλοκο στην κατανόηση, ωστόσο, οι μελέτες του ήταν αρκετά εις βάθος στην αρχαιότητα, χάρη σε επιστήμονες που έκαναν αρκετά ενδιαφέρουσες και συγκεκριμένες συνεισφορές, οι οποίες έχουν αναγνωριστεί πλήρως σε επιστημονικό επίπεδο.