Hallottál már a fotoelektromos hatás? Itt kínálunk minden információt, amely a kvantumfizikából kirajzolódó feltűnő témával kapcsolatos. Ismerje meg történetét, magyarázatát és koncepcióját, valamint néhány olyan kitevőt, akik hozzájárultak a fizika ezen ágához.
Mi a fotoelektromos hatás?
A fotoelektromos hatás az elektronok kifejezésében és megnyilvánulásában rejlik, amely egy olyan vezetőn keresztül valósul meg, amely elektromágneses sugárzás indukcióját megvalósító tárgy lehet. Ez a sugárzás érzékelhető fénnyé alakul át. Néhány fényforrás között a következőket találhatjuk:
Fényvezető képesség
Alapvető szerepet játszik a fény által kifejtett elektromossággá alakított vezetőképesség növelése révén kifejtett hatásainak köszönhetően. Ezt a kísérletet a tizenkilencedik század közepére tették közzé.
Fotovoltaikus hatás
Különösen összefügg azzal, hogy olyan hatást vált ki, amely a fényenergiát az elektromossággal ellentétben átalakítja. Az ezernyolcszáznyolcvannegyedik évben kiváltott tény.
Felfedezés
A fotoelektromos hatás felfedezése Heinrich Hertz ezernyolcszáznyolcvanhetedik évben végzett tanulmányainak köszönhető. Megfigyelése azoknál a megközelítéseknél található, amelyek két elektróda között pattanó, nagy feszültség alatt összekapcsolt görbét foglalnak magukban, amelyek hajlamosak nagyobb távolságokat elérni UV fénnyel megvilágítva, ami teljesen más, mint sötétben.
Ennek az elméleti pontnak az első bizonyítékát Albert Einstein definíciója vagy leírása vázolta fel a fotoelektromos hatásról, és arra a következtetésre jutott, hogy a fénynek megfelelő részecskét fotonnak nevezik. Ennek a fényalapú elméletnek az alapját Einstein használta Planck kiemelkedő tanulmányainak köszönhetően. Ki tett némi erőfeszítést, hogy bemutassa, hány.
La Max Planck életrajza bemutatja ennek a tudósnak a fizika világába való behatolását, amellett, hogy bizonyít bizonyos elismeréseket, amelyeket a hatáskvantumokkal kapcsolatos tanulmányoknak köszönhettek. Figyelembe véve, hogy ez az elmélet gyorsan és gördülékenyen nyitotta meg a kaput a kvantumfizika útjára.
El fotoelektromos hatás Ellentétben a röntgensugárzással, figyelembe véve, hogy a fotonok az elektromágneses sugárzás ezen folyamatában az elektronok átvitelét valósítják meg, míg a röntgen esetében csak több vizsgálat után derült ki, hogy milyen összetételen keletkeznek a röntgensugarak. 1985-re a Wilhelm Rotge tudós által a sugárzásnak nevezett sugárzás hatásait és felhasználását felfedezték.
fotonok
sok fotonok energiák képviselik őket, amelyeket egyfajta fényfrekvencia határol be hullám formájában. Ha egy olyan atom esetében találjuk magunkat, amely egy bizonyos mennyiségű energiát elnyel egy bizonyos fotonból, akkor nagy energiamennyiségei vannak, amelyek lehetővé teszik, hogy elektront dobjon ki a kérdéses anyagból, hogy később egy meghatározott útvonal, amely egy bizonyos térben végződik.
A fentiek után az elektron kilökődik az anyagból. Az ellenkező esetben. Ha a foton által kibocsátott energia nem elég erős, akkor az elektronnak nincs olyan mozgékonysága, hogy kiszabaduljon a kérdéses anyagból.
A fotonban jelenlévő energia módosulása a maga részéről nem a fényerő által generált változásokon múlik, csak azon elektronok számának van ereje, amelyeknek sikerül kiszökniük abból a térből, ahol megtalálhatók. tehát az elektronok által kibocsátott erőnek köszönhetően egyértelmű, hogy ez nem az általa elért sugárzástól, hanem a kibocsátott frekvenciától függ.
Általánosságban elmondható, hogy nem minden elektront képes kiűzni az elektron. fotoelektromos hatás, Figyelembe veszik, hogy azok jönnek ki először, amelyeknek általában nincs szükségük extrém erőre a sikeres kiutasításhoz. A dielektromos szigetelőben néhány nagy energiájú elektron látható a vegyértéksávban.
Fém esetében általában egy széles sáv előtt találjuk az elektronokat, ami nagy vezetést biztosít.
Ezért a félvezetőn keresztül meg lehet mutatni azokat az elektronokat, amelyek nagy mennyiségű energiát továbbítanak. Az ilyen típusú vezetők tekintetében általában kevés elektron található a vezetést létrehozó sávban.
Amikor szobahőmérsékletről beszélünk, általában találunk néhány nagy energiájú elektront, amelyeket nagyon közel találtak a Fermi-szintekhez. Létezik egy energia, amelyet egy elektronnak tartalmaznia kell ahhoz, hogy elérje a Fermi-szintet, ez az úgynevezett működő fúzió, míg az elektron kilökéséhez szükséges minimális frekvenciát küszöbfrekvenciának nevezzük.
Az említett energetikai mennyiség értékelése sokoldalú, és soha nem állandó, ez természetesen mindenkor függ az anyagtól és annak atomi rétegeitől. Egyes fémes anyagok, mint például a kalcium és a cézium, nagyon alacsony teljesítményűek. Emiatt feltétlenül szigorúan be kell tartani, hogy az anyag az atomokat illetően tiszta legyen.
magyarázat
A fénysugarakkal rendelkező fotonok viszont sajátos energiával rendelkeznek, amelyet a fény által biztosított frekvencia határoz meg. A fotoemissziós eljárás révén, ha egy elektronnak sikerül elnyelnie egy foton energiáját, és a foton energiája még nagyobb, mint a munkafüggvényé, akkor az elektron kilökődik az anyagból.
A sugár energiájának növekedésével a fotonenergiák nem változnak, csak a fotonok számszerű mennyisége változik. Ezért a nyilvánvaló következtetés az, hogy az egyes elektronok energiája soha nem a fény intenzitásától vagy erősségétől függ, hanem attól, hogy az egyes fotonok milyen energiát termelnek.
Szigorúan az összes energiát, amit a foton megszerz, vonzani kell, és viszont fel kell használni egy atomhoz kötött elektron felszabadulásához. Ebben az esetben az a fotonokat tartalmazó energia, amely képes elfogyasztani az egyik részt, leválasztja az elektront az atomról, a többi pedig a mozgási energia hozzájárulásaként az elektron részeként alakul át, és egy szabad részecskévé válik.
Albertnek a maga részéről nem volt célja az egyes fémek kisugárzásában az elektronok által generált ok-okozati összefüggések konkrét vizsgálata, amely később mozgási energiává vált, ennek ellenére megtette a vonatkozó megfigyeléseit.
Megtalálta a magyarázatot a sugárzás által kifejtett viselkedésre. Ezzel a művelettel azt javasolták, hogy megfigyeléssel magyarázzák meg az anyagot elhagyó elektronok számát, figyelembe véve, hogy a frekvencia alapvető szerepet játszott a végrehajtott műveletekben.
történelem
A fizika világában sikerült behatárolnunk néhány felfedezés történetét, amelyeket pontos dátumokkal rögzítenek, néhány kutatásnak köszönhetően. Fontos tudósok akik különféle tanulmányokkal és elméletekkel járultak hozzá, amelyek napjainkban segítettek megmagyarázni a fizika egyes jelenségeit, a tudósok közül, akiket megemlíthetünk:
Heinrich Hertz
Ennek a tudósnak az ezernyolcszáznyolcvanhetedik évben sikerült elvégeznie az első tanulmányt a fotoelektromos hatás megfigyeléséről. A műszerek, amelyekkel ezt a kísérletet elvégezte, egy tekercsen alapulnak, amelyen szikra keletkezhet annak biztosítékaként, hogy az elektromágneses hullámok vevőjeként működjön.
A panoráma teljes látása, illetve a szikra megfigyelése érdekében a vevőkészüléket fekete dobozba vagy tartályba zárta. Ennek alapján UV-fény abszorpcióját hajtották végre, amely könnyen biztosította az elektronok ugrását. És viszont a vevő által termelt elektromossággal felruházott szikrát magában foglaló erő közvetlenül igazolódott. A tudós az említett kísérletet a jelenség magyarázata nélkül is közzétette.
János József Thomson
XNUMX-re Thomson tudós egy kifejezetten a katódsugarakkal foglalkozó tanulmány alapjait készítette elő. Maxwell hatására a tudós arra a következtetésre jut, hogy a katódsugarak olyan részecskék áramlásában gyökereznek, amelyek különféle negatív töltésűek, és ennek a részecskék nevét adja, végül pedig elektronok nevet kapnak.
Joseph kísérletét egy teljesen zárt fémlemezen vette alapul egy vákuumcsőben, és az említett elemet teljesen eltérő hullámhosszú fénynek tette ki. A tudós úgy vélte, hogy az elektromágneses tér némi rezonanciát ad az elektromos térrel, és ezen keresztül egy elektromos töltéssel felruházott testecske bocsát ki.
Az elektromos árammal felruházott áram intenzitása nagyon változó volt a fény által keltett intenzitás mellett. Ez azt jelentette, hogy a fény növekedésével az áramerősség is nőtt. Transzlációja annak köszönhető, hogy a nagyobb frekvenciájú sugárzás viszont nagyobb mozgási energiájú részecskéket is termel.
Philipp Lenard
A tizenkilencszázkettedik évben ez a tudós tanulmányt végzett a fotoelektromos hatásról, amelyben megmutatta az elektronok energetikai változásait, és arra a következtetésre jutott, hogy ezek alapvető szerepet játszanak a beeső fény frekvenciájában.
Albert Einstein
Ezerkilencszázötben a híres relativitáselmélet tudományos megfogalmazását végzik, amelyet a tudós matematikai és numerikus alapokon alapuló előírások alapján javasol, amelyek lehetővé tették bizonyos eljárások megértését. Az elektronok kibocsátását fénykvantumok keletkezésével és abszorpciójával hozták összefüggésbe, amelyeket később fotonoknak neveztek.
1905-ben, ugyanabban az évben, amikor a relativitáselméletről tartott egy órát, Albert Einstein egy olyan vizsgálatot javasolt, amelyben feltárt egy olyan jelenséget, amely úgy tűnt, hogy megfelelően működik, és amelyben az elektronok kibocsátását a fény abszorpciós kvantumai okozzák. tény, amelyet később fotonoknak neveznek.
Az Eucharistic Viewpoint on the Production and Transformation of Light (Eucharisztikus nézőpont a fény előállításáról és átalakulásáról) című cikkében bemutatta, hogy az az elképzelés, hogy a fény különálló részecskéi hogyan generálhatják a fotoelektromos hatást, és bemutatta az egyes anyagok jellemző frekvenciájának jelenlétét, amely alatt nincs hatása. A fotoelektromos hatás e magyarázatáért Einstein 1921-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat.
Figyelembe véve Einstein elméletét, azt az energiát, amellyel az elektronok a katódról menekültek, miközben a beeső fény frekvenciáján keresztül folyamatosan emelkedtek az intenzív energiaformától. Nagyszerű, hogy ilyen hatást az ókorban nem tapasztaltak. Ennek a szempontnak a kísérleti bemutatását 1915-ben Robert Andrews Millikan amerikai fizikus végezte.
Végül a fent említett tudósok mindegyike nagymértékben hozzájárult a fotoelektromos hatás tanulmányozásához és felfedezéséhez. Ennek köszönhetően ma már a tudás, és az elméleti megközelítések nagyon kedvező fogadtatásra találtak.
Ma ez a hihetetlen fotoelektromos hatás olyan mechanizmusnak számít, amely különféle elektronikus berendezésekben megtalálható. Felfedezése igazán fontos volt azoknak a vizsgálatoknak köszönhetően, amelyeket azért végeztek, hogy megismerjék a fény bizonyos hatásait.
Az említett tudósok tanulmányai lévén olyan hozzájárulások, amelyek nagy változást tudtak elérni a fizika világában. Ennek köszönhetően a kvantumfizika nagy presztízst kapott tudományág, amely fokozatosan, nagy lendülettel és érdeklődéssel fejlődött.
hullám-részecske kettősség
Ez a jelenség az a fizikai hatás, amelyet első ízben fedeztek fel más, azonos tulajdonságú spektrumokkal együtt. Innen származik az úgynevezett hullámrészecske felfedezése, amely a kvantummechanika egyik alkotóeleme. A fény hullámszerűen viselkedik, tud interferenciát és diffrakciót előidézni, mint Thomas Young kettős réses kísérletében, de diszkrét módon energiát cserél energiacsomagokban, fotonokban, amelyek energiája az elektromágneses sugárzás frekvenciájától függ.
Ezeknek az ideáloknak sikerült felépíteni az elektromágneses sugárzás elméletét rendkívül világos és meghatározott alapokkal, mivel ezen keresztül magyarázatok születtek a sugárzás által ellátott funkciókban szerepet játszó egyéb kifejezésekről.
Fotoelektromos hatás ma
Ma általában a fotoelektromos hatás a teljes alapot, amely a fotovoltaikus úton megnyilvánuló energetikai szintek előtt fellelhető, ez a fajta hatás általában a termoelektromos iparban fordul elő, ahogyan egyes érzékeny, digitalizált kamerákat tartalmazó rendszerekben is megnyilvánul.
Más elemekben a fotoelektromos hatás a mindennapi háztartási készülékekben van jelen, amelyek többsége nagyon potenciális anyagból, például rézből áll, ezek az elemek potenciális elektromos áramok előállítását valósítják meg.
Ezt a jelenséget olyan testeknél is megtalálhatjuk, amelyek jelentős ideig ki vannak téve a Nap visszaverődésének. Ha ezt a fényt közvetlenül kapjuk, a Hold felszínét alkotó porszemcsék pozitív energiával töltődnek fel, ez a fotonok hatásának köszönhető. Ezek az apró töredékek feltöltődve taszítják egymást, így felemelkednek, és gyenge légkört alkotnak.
A természetes műholdak is pozitív elektromos töltést kapnak, és kitöltik a Nap által megvilágított felületet, azonban a legsötétebb tartományban negatív energiával töltődnek fel. Meg kell jegyezni, hogy figyelembe kell venni az energiafelhalmozódás ezen lehetőségét.
Végül a fotoelektromos effektus felfedezése magával hozta azt a javulást, amely az idő múlásával hozzájárult ahhoz, hogy csodálatos módon megértsük azt a mélyszerkezetet, amelyet a világ mutat. A hatást kiváltó fejlesztések viszont a következő technológiai előrelépéseket jelentik:
- Animált képek továbbítása
- mozi haladás
- tv
- Nehézgépek, iparosítási folyamatokban.
Az elektromosság területén a fotoelektromos effektus hihetetlen eredményeket ér el, hiszen használatának köszönhetően közvilágítás is lehetséges. Figyelembe véve, hogy sok ilyen feladatot ellátó gépet nem kell egyetlen dolgozónak vagy kezelőnek sem felügyelnie, mivel ez a hatás automatikusan fel- és kikapcsolja a lámpákat, amelyek megvilágítják bármely hely sugárútját vagy utcáját.
Kétségtelen, hogy ezt a hatást nagyon bonyolult megérteni, azonban tanulmányozása az ókorban meglehetősen alapos volt, köszönhetően azoknak a tudósoknak, akik meglehetősen érdekes és konkrét hozzájárulásokat tettek, amelyeket tudományos szinten teljesen elismertek.