Kas olete kuulnud fotoelektriline efekt? Siin pakume teile kogu teavet, mis puudutab kvantfüüsikast esile kerkivat rabavat teemat. Siit saate teada selle ajaloo, selgituste ja kontseptsiooni ning mõnede eksponentide kohta, kes on sellesse füüsikaharu panustanud.
Mis on fotoelektriline efekt?
Fotoelektriline efekt seisneb elektronide väljendamises ja avaldumises, mis viiakse läbi juhi abil, mis võib olla objekt, mis saavutab elektromagnetilise kiirguse induktsiooni. See kiirgus muudetakse tajutavaks valguseks. Mõne valgusvarju hulgast võime leida järgmist:
Fotojuhtivus
See mängib olulist rolli tänu mõjudele, mida see saavutab, suurendades juhtivuse taset, mis muundatakse elektrienergiaks, mida valgus avaldab. See katse avalikustati üheksateistkümnenda sajandi keskpaigaks.
Fotogalvaaniline efekt
See on eriti seotud sellega, et see käivitab efekti, mis muundab valgusenergiat erinevalt elektrist. Fakt, mis käivitatakse aastal tuhat kaheksasada kaheksakümmend neli.
Avastus
Fotoelektrilise efekti avastamine tehti tänu Heinrich Hertzi poolt tuhande kaheksasaja kaheksakümne seitsmendal aastal läbi viidud uuringutele. Selle vaatlus on leitud lähenemisviiside all, mis hõlmavad kõverat, mis põrkub kahe elektroodi vahel ja mis on omavahel ühendatud kõrgepinge all, mis kipub UV-valgusega valgustatuna jõudma suuremate vahemaadeni, mis on täiesti erinev kui pimedas.
Selle teoreetilise punkti esimene tõestus toodi välja Albert Einsteini fotoelektrilise efekti definitsiooni või kirjelduse kaudu, jõudes järeldusele, et valgusele vastavat osakest nimetatakse footoniks. Selle valguspõhise teooria loomise alust kasutas Einstein tänu Plancki silmapaistvatele uuringutele. Kes tegi mõningaid jõupingutusi, et näidata nende olemasolu.
La Max Plancki elulugu näitab meile selle teadlase sissetungi füüsikamaailma, lisaks annab tunnistust teatud tunnustustest, mis talle anti tänu tegevuskvantide uuringutele. Arvestades, et see teooria avas kiiresti ja sujuvalt uksed kvantfüüsika teele.
El fotoelektriline efekt See on kontrastiks röntgenikiirgusele.Võttes arvesse, et footonid saavutavad selles elektromagnetilise kiirguse protsessis elektronide ülekande, siis röntgenikiirte puhul selgus alles mitmete uuringute põhjal koostis, millel röntgenikiirgus tekib. 1985. aastaks on teadlase Wilhelm Rotge poolt nimetatud kiirteks kutsutud kiirguse mõju ja kasutamine avastatud.
footonid
osa footonid neid esindavad energiad, mis on piiritletud teatud tüüpi valguse sagedusega laine kujul. Kui leiame end juhtumist, kus aatom neelab teatud koguse energiat, mis väljub teatud footonist, siis on sellel suured energeetilised kogused, mis võimaldavad tal heita kõnealusest materjalist elektroni, et hiljem minna aatomi poole. konkreetne tee, mis lõpeb teatud ruumis.
Pärast ülaltoodut tõrjutakse elektron materjalist eemale. Vastupidisel juhul. Kui footoni kiirgav energia ei ole piisavalt tugev, ei ole elektronil võimet kõnealusest materjalist põgeneda või sealt välja pääseda.
Omalt poolt ei sõltu footonis leiduva energia muutumine valguse jõu tekitatud muutustest, vaid nende elektronide arv, millel õnnestub ruumist välja pääseda, kus nad leitakse, on võimeline seda tegema. nii. , tänu jõule, mida elektronid kiirgavad, on selge, et see ei sõltu mitte jõudvast kiirgusest, vaid kiiratavast sagedusest.
Üldiselt ei suuda elektron kõiki elektrone välja ajada. fotoelektriline efekt, Arvesse võetakse, et esimesena tulevad välja need, kes ei vaja reeglina äärmist jõudu eduka väljasaatmise saavutamiseks. Dielektrilises isolaatoris on valentsribas näha mõningaid suure energiahulgaga elektrone.
Metalli puhul leiame elektronid tavaliselt laia riba ees, mis annab suurepärase juhtivuse.
Seetõttu on pooljuhi kaudu võimalik näidata elektrone, mis edastavad suurel hulgal energiat. Seda tüüpi juhtide puhul leidub juhtivust tekitavas ribas tavaliselt vähe elektrone.
Toatemperatuurist rääkides leiame tavaliselt mõned suure energiahulgaga elektronid, mis on leitud Fermi tasemetele väga lähedalt. On energiat, mida elektron peab sisaldama Fermi taseme saavutamiseks, seda nimetatakse töötavaks termotuumasünteesiks, samas kui minimaalset sagedust, mis on vajalik kiirguse jaoks elektroni väljutamiseks, nimetatakse lävisageduseks.
Nimetatud energeetilise suuruse hindamine on mitmekülgne ja mitte kunagi konstantne, see sõltub muidugi alati materjalist ja selle aatomikihtidest. Mõned metallmaterjalid, nagu kaltsium ja tseesium, on väga madala töövõimega. Sel põhjusel peab olema absoluutselt range, et materjal oleks aatomite osas puhas.
Selgitus
Valguskiirtega footonitel on omakorda omapärane energia, mille määrab valguse sagedus. Kui elektronil õnnestub fotoemissiooni protseduuriga neelata footoni energiat ja footoni energia on isegi suurem kui tööfunktsioon, siis elektron väljutatakse ainest.
Kui kiire energia suureneb, siis footonite energiad ei muutu, toimub vaid footonite arvulise koguse muutus. Seetõttu on ilmne järeldus, et iga elektroni energia ei sõltu kunagi valguse intensiivsusest või tugevusest, vaid energiast, mida iga footon toodab.
Rangelt kogu energia, mille footon omandab, tuleb ligi tõmmata ja seda omakorda kasutada aatomiga seotud elektroni vabastamiseks. Sel juhul eraldab see footoneid sisaldav energia, mis suudab ühe neist osadest tarbida, elektroni aatomist lahti ja ülejäänud osa muundatakse kineetilise energia osana elektroni, mis lõpeb vaba osakesega.
Albertil ei olnud omalt poolt eesmärgiks spetsiifilist elektronide tekitatud põhjuslikkuse uurimist mõne metalli kiirguses, mis hiljem muutus kineetiliseks energiaks, kuigi ta tegi oma asjakohased tähelepanekud.
Ta leidis selgituse kiirguse põhjustatud käitumisele. Selle toimingu kaudu tehti ettepanek selgitada vaatluse teel materjalist lahkunud elektronide arvu, võttes arvesse, et sagedus mängis läbiviidud toimingutes fundamentaalset rolli.
ajalugu
Füüsikamaailmas õnnestus meil piiritleda mõnede avastuste ajalugu, mis on fikseeritud täpsetel kuupäevadel, tänu mõne uurimisele. Tähtsad teadlased kes aitasid kaasa erinevatele uuringutele ja teooriatele, mis tänapäeval on aidanud selgitada mõningaid füüsikanähtusi, teadlaste hulgas, keda võime mainida, leiame:
Heinrich Hertz
Sellel teadlasel õnnestus tuhande kaheksasaja kaheksakümne seitsmendal aastal läbi viia esimene fotoelektrilise efekti vaatlemise uuring. Instrumendid, mille all ta selle katse läbi viis, põhinevad mähisel, millele saab tekitada säde, mis garanteerib selle toimimise elektromagnetlainete vastuvõtjana.
Panoraami täieliku nägemise saamiseks ja sädeme vaatlemiseks sulges ta vastuvõtja musta kasti või konteinerisse. Seda arvestades viidi läbi UV-valguse neeldumine, mis võimaldas hõlpsalt elektronide hüppamist. Ja omakorda, vastuvõtja toodetud elektriga varustatud sädemes sisalduv jõud oli otseselt tõendatud. Teadlane avaldas selle katse isegi ilma nähtust selgitamata.
Joseph John Thomson
XNUMX. aastaks valmistas teadlane Thomson aluseid spetsiaalselt katoodkiirte uurimiseks. Maxwelli mõjul järeldab teadlane, et katoodkiired juurdusid erinevate negatiivsete laengutega leitud osakeste voolus, millele ta annab nimetuse korpusklid ja lõpuks on neile antud ka elektronide nimetus.
Joseph võttis oma katse aluseks täiesti suletud metallplaadil vaakumtorus, eksponeerides nimetatud elemendi valguse lainepikkuse osas täiesti erinevalt. Teadlane uskus, et elektromagnetväli annab teatud resonantsi elektriväljaga ja selle kaudu eraldub elektrilaenguga korpus.
Nimetatud elektriga varustatud voolu intensiivsus oli valguse tekitatud intensiivsuse taustal väga erinev. See tähendas, et valguse kasvades suurenes ka vool. Selle translatsioon toimub tänu sellele, et kõrgema sagedusega kiirgus toodab omakorda ka suurema kineetilise energiaga osakesi.
Philipp Lenard
See teadlane viis üheksateistkümne kahe aasta jooksul läbi fotoelektrilise efekti uuringu, milles ta avaldas elektronide energeetilist varieerumist, jõudes järeldusele, et neil on langeva valguse sageduses põhiroll.
Albert Einstein
Üheksateistkümne viies viidi läbi kuulsa relatiivsusteooria teaduslik formuleerimine, mille teadlane pakkus välja matemaatilistel ja numbrilistel alustel põhinevate ettekirjutuste alusel, mis võimaldasid mõista mõningaid protseduure. Elektronide emissioon oli seotud valguskvantide tekke ja neeldumisega, mida hiljem hakati nimetama footoniteks.
1905. aastal, samal aastal, kui ta pidas relatiivsusteooria klassi, tegi Albert Einstein ettepaneku uurimistööks, mille käigus ta paljastas nähtuse, mis näis toimivat õigesti ja mille puhul elektronide emissiooni tekitavad valguse neeldumiskvandid. fakt, mida hiljem hakati nimetama footoniteks.
Artiklis pealkirjaga A Eucharistic Viewpoint on the Production and Transformation of Light näitas ta, kuidas idee, et valguse diskreetsed osakesed võivad tekitada fotoelektrilist efekti, ja näitas ka iga materjali jaoks iseloomuliku sageduse olemasolu, millest allpool ei olnud mingit mõju. Selle fotoelektrilise efekti selgituse eest sai Einstein 1921. aastal Nobeli füüsikaauhinna.
Võttes arvesse Einsteini teooriat, energia, millega elektronid katoodilt põgenesid samal ajal, kui nad tõusid langeva valguse sageduse kaudu ühtlaselt intensiivsest energiavormist eemale. Tõesti, sellist efekti polnud iidsetel aegadel nähtud. Selle aspekti eksperimentaalse demonstreerimise viis 1915. aastal läbi Ameerika füüsik Robert Andrews Millikan.
Lõpuks on kõik ülalmainitud teadlased andnud suure panuse fotoelektrilise efekti uurimisse ja avastamisse. Tänu millele on tänaseks teadmised ja teoreetilised käsitlused väga hästi vastu võetud.
Tänapäeval loetakse seda uskumatut fotoelektrilist efekti mehhanismiks, mida võib leida erinevatest elektroonikaseadmetest. Tema avastus oli tõesti oluline tänu uuringutele, mis viidi läbi valguse mõjude väljaselgitamiseks.
Nende teadlaste uuringud on panused, mis suutis füüsikamaailmas palju muuta. Tänu sellele on kvantfüüsika suure prestiiži saavutanud teadusharu, mis arenes järk-järgult suure tõuke ja huviga.
laine-osakeste duaalsus
See nähtus on füüsikaline efekt, mis avastati esmakordselt koos teiste samade omadustega spektritega. Sellest sai alguse niinimetatud laineosakeste avastamine, mis on kvantmehaanika komponent. Valgus käitub nagu lained, olles võimeline tekitama interferentsi ja difraktsiooni nagu Thomas Youngi topeltpilu katses, kuid vahetab energiat diskreetselt energiapakettides, footonites, mille energia sõltub elektromagnetkiirguse sagedusest.
Nendel ideaalidel õnnestus ehitada äärmiselt selgete ja määratletud alustega elektromagnetilise kiirguse teooria, kuna selle kaudu tekkisid seletused muude terminite kohta, mis on seotud kiirguse funktsioonidega.
Fotoelektriline efekt tänapäeval
Tänapäeval on fotoelektriline efekt tavaliselt täielik alus, mille võib leida enne fotogalvaanilisel viisil avalduvaid energeetilist tasandit, seda tüüpi efekti leidub tavaliselt termoelektritööstuses, kuna see avaldub mõnes tundlikus süsteemides, mis sisaldavad digiteeritud kaameraid.
Teistes elementides on fotoelektriline efekt olemas igapäevastes kodumasinates, millest enamik on valmistatud väga potentsiaalsest materjalist, näiteks vasest, need elemendid tekitavad potentsiaalseid elektrivoolusid.
Seda nähtust võime leida ka kehadel, mis puutuvad pikka aega kokku Päikese peegeldustega. Seda valgust otse vastu võttes laetakse Kuu pinna moodustavad tolmuosakesed positiivse energiaga, seda tänu footonite mõjule. Need pisikesed killud, olles laetud, tõrjuvad üksteist, tõustes niiviisi üles ja moodustades nõrga atmosfääri.
Looduslikud satelliidid saavad ka positiivse elektrilaengu ja täidavad Päikese poolt valgustatud pinna, kuid kõige tumedamas piirkonnas on see laetud negatiivse energiaga. Tuleb märkida, et seda energia akumuleerumise võimalust on vaja arvesse võtta.
Lõpuks tõi fotoelektrilise efekti avastamine endaga kaasa paranemise, mis aja jooksul aitas meil suurepäraselt mõista maailma esitletavat süvastruktuuri. Selle mõju vallandanud edusammud väljenduvad omakorda järgmistes tehnoloogilistes edusammudes:
- Animeeritud piltide edastamine
- kino edenemine
- TV
- Rasked masinad, mida kasutatakse industrialiseerimisprotsessides.
Elektrivaldkonnas saavutab fotoelektriline efekt uskumatuid tulemusi, kuna tänu selle kasutamisele on võimalik avalik valgustus. Võttes arvesse, et paljusid seda ülesannet täitvaid masinaid ei pea ükski töötaja ega operaator jälgima või järelevalvet teostama, kuna see efekt lülitab automaatselt sisse ja välja tuled, mis valgustavad mis tahes koha puiesteid või tänavaid.
Kahtlemata on selle efekti mõistmine tõesti keeruline, kuid selle uuringud olid iidsetel aegadel üsna põhjalikud tänu teadlastele, kes andsid üsna huvitava ja konkreetse panuse, mida on teaduslikul tasandil täielikult tunnustatud.