אפקט פוטו-אלקטרי: הסבר, היסטוריה ועוד

האם שמעת על ה אפקט פוטואלקטרי? ממש כאן אנו מציעים לכם את כל המידע הנוגע לנושא הבולט העולה מפיזיקת הקוונטים. למד על ההיסטוריה, ההסבר והמושג שלו, כמו גם כמה גורמים שתרמו לענף זה של הפיזיקה.

מהו האפקט הפוטואלקטרי?

האפקט הפוטואלקטרי טמון בביטוי ובביטוי של אלקטרונים, המתבצע באמצעות מוליך שיכול להיות אובייקט המשיג אינדוקציה של קרינה אלקטרומגנטית. קרינה זו מתורגמת לאור מורגש. בין כמה שפכי אור נוכל למצוא את הדברים הבאים:

מוליכות צילום

הוא ממלא תפקיד בסיסי הודות להשפעות שהוא מבצע על ידי הגדלת רמות המוליכות המתורגמות לחשמל שהאור מפעיל. ניסוי זה נחשף באמצע המאה התשע-עשרה.

אפקט פוטו וולטאי

זה קשור במיוחד לעובדה שהוא מפעיל אפקט שהופך את אנרגיית האור בניגוד לחשמל. עובדה שמופעלת בשנה אלף שמונה מאות שמונים וארבע.

גילוי

גילוי האפקט הפוטואלקטרי מתבצע הודות למחקרים שביצע היינריך הרץ בשנת אלף ושמונה מאות שמונים ושבע. התצפית שלו נמצאת תחת הגישות הכוללות עקומה המקפצת בין 2 אלקטרודות, והמחוברות זו לזו תחת מתח גבוה, הנוטה להגיע למרחקים גדולים יותר כאשר מוארים באור UV, שהוא שונה לחלוטין מאשר כאשר הוא בחושך.

ההוכחה הראשונה לנקודה תיאורטית זו הוסברה דרך ההגדרה או התיאור שהציע אלברט איינשטיין על האפקט הפוטואלקטרי, והגיעה למסקנה שהחלקיק התואם לאור נקרא פוטון. הבסיס ליצירת תיאוריה מבוססת אור זו שימש את איינשטיין הודות למחקריו הבולטים של פלאנק. מי עשה כמה מאמצים להראות את קיומם של כמה.

La ביוגרפיה של מקס פלאנק מראה לנו את חדירתו של המדען הזה לעולם הפיזיקה, בנוסף להוכחה על הכרות מסוימות שניתנו הודות למחקרים שבוצעו על קוונטות הפעולה. אם לוקחים בחשבון שתיאוריה זו פתחה את הדלתות לנתיב הפיזיקה הקוונטית בצורה מהירה וקולחת.

El אפקט פוטואלקטרי זה בניגוד לקרני רנטגן, בהתחשב בכך שפוטונים משיגים העברת אלקטרונים בתהליך זה של קרינה אלקטרומגנטית, בעוד שבמקרה של קרני רנטגן רק בכמה מחקרים ההרכב שעליו נוצרות קרני רנטגן שבשנת 1985 מתגלים ההשפעות והשימוש בקרינה הנקראת קרניים, מאת המדען וילהלם רוטגה.

פוטונים

ل פוטונים הם מיוצגים על ידי אנרגיות המוגדרות על ידי סוג של תדר אור בצורה של גל. אם נמצא את עצמנו עם מקרה של אטום, שמוצא את עצמו סופג כמות מסוימת של אנרגיה שיוצאת מפוטון מסוים, יש לו כמויות אנרגטיות גדולות המאפשרות לו לזרוק אלקטרון מהחומר המדובר, כדי ללכת מאוחר יותר לכיוון נתיב ספציפי שמסתיים במרחב מסוים.

לאחר שקרה את האמור לעיל, האלקטרון נדחה מהחומר. במקרה ההפוך. אם לאנרגיה שהפוטון יוצא אין מספיק כוח, אין לאלקטרון את הזריזות לברוח או לברוח מהחומר המדובר.

מצדו, אין זה תלוי בשינויים שנוצרים מכוח האור שהאנרגיה הקיימת בפוטון תשתנה, רק למספר האלקטרונים שמצליחים לברוח מהחלל עליו הם נמצאים יש את הכוח לעשות אז., הודות לכוח שהאלקטרונים פולטים, ברור שהוא אינו תלוי בקרינה אליה היא מגיעה, אלא בתדר הנפלט.

באופן כללי, לא כל האלקטרונים מסוגלים להיפלט על ידי האלקטרון. אפקט פוטואלקטרי, נלקח בחשבון שהראשונים שיוצאים הם אלו שבדרך כלל לא צריכים כוח קיצוני כדי להגיע לגירוש מוצלח. במבודד דיאלקטרי, ניתן לראות כמה אלקטרונים עם כמויות גדולות של אנרגיה בפס הערכיות.

במקרה של מתכת, לרוב נמצא את האלקטרונים מול פס רחב שנותן הולכה מצוינת.
לכן, דרך המוליך למחצה ניתן להראות את האלקטרונים המעבירים כמות גדולה של אנרגיה. במונחים של מוליכים מסוג זה, בדרך כלל נמצאים מעט אלקטרונים ברצועה שיוצרת הולכה.

כאשר אנו מדברים על טמפרטורת החדר אנו מוצאים בדרך כלל כמה אלקטרונים עם כמויות גדולות של אנרגיה, שנמצאו קרובים מאוד לרמות הפרמי. יש אנרגיה שאלקטרון חייב להכיל כדי להגיע לרמת פרמי, זה ידוע בתור היתוך עובד, בעוד שהתדר המינימלי הדרוש לקרינה כדי לגרש אלקטרון נקרא תדר הסף.

הערכת הכמות האנרגטית האמורה היא רב-תכליתית, ולעולם אינה קבועה, זאת כמובן, תלויה בכל עת בחומר ובשכבות האטומיות שלו. חומרים מתכתיים מסוימים כגון סידן וצסיום הם בעלי ביצועי עבודה נמוכים מאוד. מסיבה זו, יש להקפיד לחלוטין שהחומר יהיה נקי מבחינת האטומים.

הסבר

לפוטונים שיש להם קרני אור, בתורם, יש אנרגיה מוזרה, שמתבססת על ידי התדר שהאור מספק. באמצעות הליך פליטת הפוטון, אם קורה שאלקטרון יצליח לספוג את האנרגיה של פוטון ולפוטון יש אנרגיה גדולה אף יותר מתפקוד העבודה, האלקטרון ייפלט מהחומר.

ככל שהאנרגיה של האלומה עולה, אין שינוי באנרגיות הפוטונים, יש רק שינוי בכמות המספרית של הפוטונים. לכן, המסקנה המתבקשת היא שהאנרגיה של כל אלקטרון לעולם לא תהיה תלויה בעוצמה או בחוזק שהאור מספק, אלא באנרגיה שכל פוטון מייצר.

בקפדנות יש למשוך את כל האנרגיה שהפוטון רוכש, ובתמורה יש להשתמש בה כדי להשיג שחרור של אלקטרון שקשור לאטום. במקרה זה, האנרגיה האמורה המכילה את הפוטונים שמצליחה לצרוך אחד מהחלקים הללו, מתירה את האלקטרון מהאטום והשאר מומרת כתרומה של האנרגיה הקינטית כחלק מהאלקטרון המסתיים בחלקיק חופשי.

לאלברט, מצדו, לא הייתה מטרה לחקור את הסיבתיות שנוצרו על ידי האלקטרונים בקרינה של כמה מתכות, שהפכו מאוחר יותר לאנרגיה קינטית, אולם הוא ערך את התצפיות הרלוונטיות שלו.

הוא מצא את ההסבר להתנהגות שמפעילה הקרינה. באמצעות פעולה זו, הוצע להסביר באמצעות תצפית את מספר האלקטרונים שיצאו מהחומר, תוך התחשבות בכך שלתדר היה תפקיד מהותי בפעולות שבוצעו.

היסטוריה

בעולם הפיזיקה הצלחנו לתחום את ההיסטוריה של כמה תגליות שמתועדות בתאריכים מדויקים, הודות למחקר של כמה מדענים חשובים אשר תרם עם מחקרים ותיאוריות שונות שסייעו היום להסביר כמה תופעות בפיזיקה, בין המדענים שאנו יכולים להזכיר אנו מוצאים:

היינריך הרץ

מדען זה הצליח לבצע את המחקר הראשון על תצפית האפקט הפוטואלקטרי בשנת אלף שמונה מאות שמונים ושבע. המכשירים שבמסגרתם הוא ביצע את הניסוי הזה מבוססים על סליל שעליו ניתן ליצור ניצוץ כהבטחה שהוא יתפקד כמקלט של גלים אלקטרומגנטיים.

על מנת לקבל ראייה מלאה של הפנורמה, ובתמורה להשיג את התבוננות בניצוץ, הוא סגר את המקלט בקופסה שחורה או מיכל. בהתחשב בכך, בוצעה בליעה של אור UV, אשר סיפקה בקלות קפיצה של אלקטרונים. ובתורו, הוכח ישירות לכוח הכלול בניצוץ שניחן בחשמל שהמקלט הפיק. המדען פרסם את הניסוי האמור גם מבלי להסביר את התופעה.

יוסף ג'ון תומסון

עד XNUMX, המדען תומסון הכין את היסודות למחקר ספציפי על קרני קתודה. בהשפעת מקסוול מגיע המלומד למסקנה שקרני הקתודה היו מושרשות בזרימה של חלקיקים שנמצאו עם מטענים שליליים שונים, להם הוא נותן את שמם של גופים, ולבסוף ניתן להם שם של אלקטרונים.

יוסף לקח את בסיס הניסוי שלו על לוחית מתכת סגורה לחלוטין בצינור ואקום, וחשף את האלמנט האמור לאור עם הבדל מוחלט מבחינת אורך הגל. המדען האמין שהשדה האלקטרומגנטי נותן תהודה מסוימת עם השדה החשמלי, ושגופ הניחן במטען חשמלי נפלט דרכו.

העוצמה שהייתה קיימת בזרם האמור שניחן בחשמל הייתה משתנה מאוד לנוכח הרמות האינטנסיביות שהאור הפיק. זה אומר שככל שהאור גדל, גם הזרם גדל. התרגום שלו מתבצע הודות לעובדה שהקרינה בעלת התדר הגבוה יותר מייצרת בתורה גם חלקיקים בעלי אנרגיה קינטית גדולה יותר.

פיליפ לנארד

במשך שנת תשע-עשרה מאות ושתיים, המדען הזה ביצע מחקר על האפקט הפוטואלקטרי שבו הביע את השונות האנרגטית של האלקטרונים, והגיע למסקנה שהם ממלאים תפקיד מהותי בתדירות האור הנכנס.

אלברט איינשטיין

בתשע עשרה מאות וחמש בוצע הניסוח המדעי של תורת היחסות המפורסמת, שהוצע על ידי המדען תחת מרשמים שהתבססו על בסיסים מתמטיים ומספריים, שאפשרו הבנה של כמה פרוצדורות. פליטת האלקטרונים הייתה קשורה לייצור ולבליעה של קוונטות אור, שנקראו מאוחר יותר פוטונים.

בשנת 1905, באותה שנה שבה ערך שיעור על תורת היחסות, הציע אלברט איינשטיין חקירה שבה חשף תופעה שנראתה פועלת כהלכה, שבה פליטת האלקטרונים נוצרה על ידי כמות הספיגה של האור, א. עובדה שלימים תיקרא פוטונים.

במאמר שכותרתו A Eucharistic Point on the Production and Transformation of Light, הוא הראה כיצד הרעיון שחלקיקי אור נפרדים יכולים ליצור את האפקט הפוטואלקטרי וכן הראה נוכחות של תדר אופייני לכל חומר שמתחתיו לא השפיע. על ההסבר הזה של האפקט הפוטואלקטרי יקבל איינשטיין את פרס נובל לפיזיקה ב-1921.

אם לוקחים בחשבון את התיאוריה של איינשטיין, האנרגיה שבה נמלטו האלקטרונים מהקתודה באותו זמן שהם עלו בהתמדה, באמצעות תדירות האור הנכנס, הרחק מצורת האנרגיה האינטנסיבית. מאוד, השפעה כזו לא נראתה בימי קדם. ההדגמה הניסיונית של היבט זה בוצעה בשנת 1915 על ידי הפיזיקאי האמריקאי רוברט אנדרוז מיליקן.

לבסוף, כל אחד ואחד מהמדענים שהוזכרו לעיל תרם תרומה גדולה לחקר ולגילוי האפקט הפוטואלקטרי. בזכותו היום הידע, והגישות התיאורטיות התקבלו מאוד.

כיום האפקט הפוטואלקטרי המדהים הזה נחשב כמנגנון שניתן למצוא בציוד אלקטרוני שונים. הגילוי שלו היה חשוב באמת הודות למחקרים שבוצעו כדי לדעת כמה השפעות שיש לאור.

בהיותם מחקריהם של המדענים האמורים, תרומות שהצליחו לעשות שינוי גדול בעולם הפיזיקה. הודות לכך, פיזיקת הקוונטים היא ענף מדעי שקיבל רמה גבוהה של יוקרה, שהתפתחה בהדרגה בתנופה ובעניין רב.

דואליות גל-חלקיק

תופעה זו היא ההשפעה הפיזיקלית שהתגלתה בשלב הראשון יחד עם ספקטרומים אחרים בעלי אותם מאפיינים. זה מקור הגילוי של מה שנקרא חלקיק-גל שהוא מרכיב של מכניקת הקוונטים. האור מתנהג כמו גלים, מסוגל לייצר הפרעות ודיפרקציה כמו בניסוי החריץ הכפול של תומס יאנג, אבל הוא מחליף אנרגיה בצורה בדידה במנות אנרגיה, פוטונים, שהאנרגיה שלהם תלויה בתדר הקרינה האלקטרומגנטית.

אידיאלים אלו הצליחו לבנות תיאוריה של קרינה אלקטרומגנטית בעלת בסיסים ברורים ומוגדרים ביותר, שכן באמצעותה עלו הסברים על מונחים נוספים המעורבים בתפקודים שמבצעת הקרינה.

אפקט פוטו-אלקטרי היום

כיום האפקט הפוטואלקטרי הוא בדרך כלל הבסיס השלם שניתן למצוא לפני הרמות האנרגטיות שבאות לידי ביטוי בצורה פוטו-וולטאית, אפקט מסוג זה נמצא לרוב בתעשיות תרמו-אלקטריות, שכן הוא מתבטא בכמה מערכות רגישות המכילות מצלמות דיגיטאליות.

באלמנטים אחרים, האפקט הפוטואלקטרי קיים במכשירי חשמל ביתיים יומיומיים, שרובם מורכבים מחומר פוטנציאלי מאוד, כמו נחושת, אלמנטים אלו משיגים ייצור של זרמים חשמליים פוטנציאליים.

תופעה זו יכולה להימצא גם בגופים החשופים להחזרי השמש למשך פרק זמן ניכר. חלקיקי האבק המרכיבים את פני הירח, עם קבלת האור הזה ישירות, טעונים באנרגיה חיובית, זאת הודות להשפעת הפוטונים. השברים הזעירים הללו, בהיותם טעונים, דוחים זה את זה, ובכך עולים ויוצרים אווירה קלושה.

לוויינים טבעיים מקבלים גם מטען חשמלי חיובי וממלאים את פני השטח המוארים על ידי השמש, אולם, באזור החשוך ביותר, הוא טעון באנרגיה שלילית. יש לציין כי יש צורך לקחת בחשבון אירוע זה של צבירת אנרגיה.

לבסוף, גילוי האפקט הפוטואלקטרי הביא עמו את השיפור שעם הזמן עזר לנו להבין בצורה מפוארת את המבנה העמוק שהעולם מציג. בתורו, ההתקדמות שהפעילה את השפעתה, מתורגמת להתקדמות הטכנולוגית הבאה:

• שידור תמונות מונפשות
• התקדמות הקולנוע
• טלוויזיה
• מכונות כבדות, המשמשות בתהליכי תיעוש.

בתחום החשמל, האפקט הפוטואלקטרי משיג תוצאות מדהימות, שכן תאורה ציבורית אפשרית בזכות השימוש בה. אם ניקח בחשבון שרבות מהמכונות המבצעות משימה זו אינן צריכות להיות במעקב או פיקוח של כל עובד או מפעיל, שכן אפקט זה מדליק ומכבה אוטומטית את האורות המאירים את השדרות או הרחובות של כל מקום.

ללא ספק, האפקט הזה הוא באמת מורכב להבנה, עם זאת, המחקרים שלו היו די מעמיקים בימי קדם, הודות למדענים שתרמו תרומות מעניינות וקונקרטיות למדי, אשר זכו להכרה מלאה ברמה המדעית.