Heb je gehoord van de fotoëlektrisch effect? Hier bieden we je alle informatie over het opvallende onderwerp dat naar voren komt uit de kwantumfysica. Leer meer over de geschiedenis, uitleg en concept, evenals enkele exponenten die een bijdrage hebben geleverd aan deze tak van de natuurkunde.
Wat is het foto-elektrisch effect?
Het foto-elektrische effect ligt in de expressie en manifestatie van elektronen, die wordt uitgevoerd door een geleider die een object kan zijn dat de inductie van elektromagnetische straling bereikt. Deze straling wordt vertaald in waarneembaar licht. Onder enkele lichtstralen kunnen we het volgende vinden:
Fotogeleiding
Het speelt een fundamentele rol dankzij de effecten die het uitoefent door de geleidbaarheidsniveaus te verhogen, vertaald in elektriciteit die licht uitoefent. Dit experiment werd in het midden van de negentiende eeuw aan het licht gebracht.
Fotovoltaïsch effect
Het heeft vooral te maken met het feit dat het een effect teweegbrengt dat lichtenergie transformeert in tegenstelling tot elektriciteit. Feit dat wordt geactiveerd in het jaar duizend achthonderd vierentachtig.
ontdekking
De ontdekking van het foto-elektrisch effect is mogelijk dankzij de studies die Heinrich Hertz in het jaar éénduizend achthonderd zevenentachtig heeft uitgevoerd. Zijn observatie is te vinden onder de benaderingen die een curve omvatten die tussen 2 elektroden stuitert en die onderling zijn verbonden onder een hoge spanning, die de neiging heeft grotere afstanden te bereiken wanneer ze worden verlicht door UV-licht, wat totaal anders is dan wanneer het donker is.
Het eerste bewijs van dit theoretische punt werd geschetst door de door Albert Einstein voorgestelde definitie of beschrijving van het foto-elektrisch effect, waarbij hij tot de conclusie kwam dat het deeltje dat overeenkomt met licht een foton wordt genoemd. De basis voor de totstandkoming van deze op licht gebaseerde theorie werd door Einstein gebruikt dankzij de eminente studies van Planck. Die enkele pogingen deed om het bestaan van hoeveel aan te tonen.
La Biografie van Max Planck toont ons de inval van deze wetenschapper in de wereld van de natuurkunde, naast het bewijs van bepaalde erkenningen die werden toegekend dankzij de studies die zijn uitgevoerd op de quanta van actie. Rekening houdend met het feit dat deze theorie de deuren opende naar het pad van de kwantumfysica op een snelle en vloeiende manier.
El fotoëlektrisch effect Het is in tegenstelling tot röntgenstraling.Rekening houdend met het feit dat fotonen de overdracht van elektronen bewerkstelligen in dit proces van elektromagnetische straling, terwijl in het geval van röntgenstraling pas in verschillende onderzoeken de samenstelling waarop röntgenstraling wordt gegenereerd Dat tegen het jaar 1985 de effecten en het gebruik van genoemde straling, stralen genaamd, door de wetenschapper Wilhelm Rotge zijn ontdekt.
fotonen
De fotonen ze worden weergegeven door energieën die worden begrensd door een soort lichtfrequentie in de vorm van een golf. Als we ons bevinden in het geval van een atoom, dat merkt dat het een bepaalde hoeveelheid energie absorbeert die uit een bepaald foton komt, heeft het grote energetische hoeveelheden die het in staat stellen een elektron uit het materiaal in kwestie te werpen, om later naar een specifiek pad dat eindigt in een bepaalde ruimte.
Nadat het bovenstaande is gebeurd, wordt het elektron van het materiaal afgestoten. In het tegenovergestelde geval. Als de energie die het foton uitstraalt niet voldoende kracht heeft, heeft het elektron niet de behendigheid om te ontsnappen of te ontsnappen uit het materiaal in kwestie.
Van zijn kant hangt het niet af van de veranderingen die worden gegenereerd door de kracht van licht dat de energie die in het foton aanwezig is, wordt gewijzigd, alleen het aantal elektronen dat erin slaagt te ontsnappen uit de ruimte waarop ze worden gevonden, heeft de kracht om te doen dus, dankzij de kracht die de elektronen uitzenden, is het duidelijk dat het niet afhankelijk is van de straling die het bereikt, maar van de uitgezonden frequentie.
Over het algemeen kunnen niet alle elektronen door het elektron worden verdreven. fotoëlektrisch effect, Er wordt rekening mee gehouden dat de eersten die naar buiten komen degenen zijn die gewoonlijk geen extreme kracht nodig hebben om een succesvolle uitzetting te bereiken. In een diëlektrische isolator zijn enkele elektronen met grote hoeveelheden energie te zien in de valentieband.
In het geval van metaal vinden we de elektronen meestal voor een brede band die een goede geleiding geeft.
Daarom is het via de halfgeleider mogelijk om de elektronen te tonen die een grote hoeveelheid energie doorgeven. In termen van geleiders van dit type worden meestal weinig elektronen gevonden in de band die geleiding genereert.
Als we het over kamertemperatuur hebben, vinden we meestal elektronen met grote hoeveelheden energie, die zeer dicht bij de Fermi-niveaus zijn gevonden. Er is een energie die een elektron moet bevatten om een Fermi-niveau te bereiken, dit staat bekend als werkende fusie, terwijl de minimale frequentie die nodig is voor straling om een elektron te verdrijven de drempelfrequentie wordt genoemd.
De beoordeling van deze energetische hoeveelheid is veelzijdig en nooit constant, dit is natuurlijk te allen tijde afhankelijk van het materiaal en zijn atomaire lagen. Sommige metalen materialen zoals calcium en cesium hebben zeer lage werkprestaties. Daarom moet het absoluut strikt zijn dat het materiaal schoon is wat betreft de atomen.
toelichting
De fotonen die lichtstralen hebben, hebben op hun beurt een eigenaardige energie, die wordt bepaald door de frequentie die het licht levert. Als het door de foto-emissieprocedure zo is dat een elektron erin slaagt de energie van een foton te absorberen en het foton een energie heeft die zelfs groter is dan de werkfunctie, zal het elektron uit de materie worden verdreven.
Wanneer de energie van de bundel toeneemt, is er geen verandering in de energieën van de fotonen, er is alleen een verandering in de numerieke hoeveelheid van de fotonen. De voor de hand liggende conclusie is daarom dat de energie van elk elektron nooit zal afhangen van de intensiteit of sterkte die het licht levert, maar van de energie die elk foton produceert.
Strikt genomen moet alle energie die het foton verwerft worden aangetrokken en op zijn beurt worden gebruikt om een elektron dat aan een atoom is gebonden vrij te laten komen. In dit geval, die energie die de fotonen bevat die erin slaagt een van deze delen te consumeren, maakt het elektron los van het atoom en de rest wordt omgezet als een bijdrage van de kinetische energie als onderdeel van het elektron, eindigend in een vrij deeltje.
Albert, van zijn kant, had niet als doel de specifieke studie van de causaliteit die wordt gegenereerd door de elektronen in de straling van sommige metalen, die later kinetische energie werden, maar hij deed zijn relevante observaties.
Hij vond de verklaring van het gedrag van straling. Door deze actie werd voorgesteld om door observatie het aantal elektronen te verklaren dat het materiaal verliet, rekening houdend met het feit dat de frequentie een fundamentele rol speelde in de uitgevoerde acties.
Geschiedenis
In de wereld van de natuurkunde zijn we erin geslaagd om de geschiedenis van sommige ontdekkingen die op exacte data zijn vastgelegd af te bakenen, dankzij de studie van enkele Belangrijke wetenschappers die hebben bijgedragen met verschillende studies en theorieën die vandaag hebben geholpen om enkele verschijnselen van de natuurkunde te verklaren, onder de wetenschappers die we kunnen noemen, vinden we:
Heinrich Hertz
Deze wetenschapper slaagde erin de eerste studie uit te voeren naar de waarneming van het foto-elektrisch effect in het jaar duizend achthonderd zevenentachtig. De instrumenten waaronder hij dit experiment uitvoerde, zijn gebaseerd op een spoel waarop een vonk zou kunnen worden gemaakt als garantie dat deze zou functioneren als een ontvanger van elektromagnetische golven.
Om een volledig beeld van het panorama te krijgen en op zijn beurt de waarneming van de vonk te bereiken, heeft hij de ontvanger in een zwarte doos of container opgesloten. Hierdoor werd een absorptie van UV-licht uitgevoerd, wat gemakkelijk voor de elektronensprong zorgde. En op zijn beurt werd de kracht die de met elektriciteit begiftigde vonk bevatte die de ontvanger produceerde direct bewezen. De wetenschapper publiceerde het experiment zelfs zonder het fenomeen uit te leggen.
joseph johannes Thomson
In XNUMX bereidde de wetenschapper Thomson de basis voor een onderzoek specifiek naar kathodestralen. Onder invloed van Maxwell concludeert de geleerde dat de kathodestralen waren geworteld in een stroom deeltjes die werden gevonden met verschillende negatieve ladingen, waaraan hij de naam bloedlichaampjes geeft, en dat ze uiteindelijk de naam elektronen krijgen.
Joseph nam de basis van zijn experiment op een volledig gesloten metalen plaat in een vacuümbuis, waarbij het element werd blootgesteld aan licht met een volledig verschil in golflengte. De wetenschapper geloofde dat het elektromagnetische veld enige resonanties geeft met het elektrische veld, en dat er een lichaampje met een elektrische lading doorheen wordt uitgezonden.
De intensiteit die aanwezig was in genoemde stroom begiftigd met elektriciteit was zeer variabel in het licht van de intense niveaus die het licht produceerde. Dit betekende dat naarmate het licht toenam, de stroom ook toenam. De vertaling ervan wordt uitgevoerd dankzij het feit dat de straling met een hogere frequentie op zijn beurt ook deeltjes produceert met een grotere kinetische energie.
Philip Lenard
Gedurende het jaar negentienhonderdtwee voerde deze wetenschapper een onderzoek uit naar het foto-elektrisch effect waarin hij de energetische variatie van de elektronen manifesteerde, en concludeerde dat ze een fundamentele rol spelen bij de frequentie van het invallende licht.
Albert Einstein
In negentienhonderdvijf werd de wetenschappelijke formulering van de beroemde relativiteitstheorie uitgevoerd, voorgesteld door de wetenschapper onder voorschriften die waren gebaseerd op wiskundige en numerieke bases, waardoor sommige procedures konden worden begrepen. De emissie van elektronen was gekoppeld aan de productie en absorptie van lichtquanta, die later fotonen werden genoemd.
In 1905, hetzelfde jaar dat hij een college over relativiteitstheorie gaf, stelde Albert Einstein een onderzoek voor waarin hij een fenomeen blootlegde dat correct leek te werken, waarbij de emissie van elektronen werd geproduceerd door de absorptiequanta van licht, een feit dat later fotonen zou worden genoemd.
In een artikel getiteld A Eucharistic Viewpoint on the Production and Transformation of Light, liet hij zien hoe het idee dat afzonderlijke lichtdeeltjes het foto-elektrische effect zouden kunnen genereren en toonde hij ook de aanwezigheid aan van een karakteristieke frequentie voor elk materiaal eronder, die geen effect had. Voor deze verklaring van het foto-elektrisch effect zou Einstein in 1921 de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontvangen.
Rekening houdend met de theorie van Einstein, de energie waarmee de elektronen van de kathode vluchtten op hetzelfde moment dat ze gestaag stegen, door de frequentie van het invallende licht, weg van de intense vorm van energie. Geweldig, zo'n effect was in de oudheid niet gezien. De experimentele demonstratie van dit aspect werd in 1915 uitgevoerd door de Amerikaanse natuurkundige Robert Andrews Millikan.
Ten slotte hebben alle bovengenoemde wetenschappers een grote bijdrage geleverd aan de studie en ontdekking van het foto-elektrisch effect. Dankzij die vandaag de dag de kennis en de theoretische benaderingen zijn zeer goed ontvangen.
Tegenwoordig geldt dit ongelooflijke foto-elektrische effect als een mechanisme dat in verschillende elektronische apparatuur te vinden is. Zijn ontdekking was erg belangrijk dankzij de studies die werden uitgevoerd om enkele effecten van licht te kennen.
Het zijn de studies van genoemde wetenschappers, bijdragen die een groot verschil hebben kunnen maken in de wereld van de natuurkunde. Dankzij dit is de kwantumfysica een wetenschappelijke tak die een groot prestige verwierf, die zich geleidelijk ontwikkelde met grote impuls en interesse.
dualiteit golf-deeltjes
Dit fenomeen is het fysieke effect dat in eerste instantie werd ontdekt samen met andere spectra met dezelfde kenmerken. Het is de oorsprong van de ontdekking van het zogenaamde golfdeeltje dat een onderdeel is van de kwantummechanica. Licht gedraagt zich als golven en kan interferentie en diffractie produceren zoals in het dubbelspletenexperiment van Thomas Young, maar het wisselt energie op een discrete manier uit in energiepakketten, fotonen, waarvan de energie afhangt van de frequentie van elektromagnetische straling.
Deze idealen slaagden erin een theorie van elektromagnetische straling op te bouwen met extreem duidelijke en gedefinieerde basissen, omdat hierdoor verklaringen ontstonden over andere termen die betrokken zijn bij de functies die straling uitvoert.
Foto-elektrisch effect vandaag
Tegenwoordig is het foto-elektrische effect meestal de volledige basis die kan worden gevonden vóór de energetische niveaus die zich op een fotovoltaïsche manier manifesteren, dit type effect wordt meestal gevonden in thermo-elektrische industrieën, zoals het zich manifesteert in sommige gevoelige systemen die gedigitaliseerde camera's bevatten.
In andere elementen is het foto-elektrisch effect aanwezig in alledaagse huishoudelijke apparaten, waarvan de meeste zijn gemaakt van een zeer potentieel materiaal, zoals koper, deze elementen zorgen voor de productie van potentiële elektrische stromen.
We kunnen dit fenomeen ook vinden in lichamen die geruime tijd worden blootgesteld aan de reflecties van de zon. Wanneer dit licht rechtstreeks wordt ontvangen, worden de stofdeeltjes die het oppervlak van de maan vormen geladen met positieve energie, dit is te danken aan de impact van fotonen. Deze minuscule fragmenten, die geladen zijn, stoten elkaar af, stijgen op en vormen een ijle atmosfeer.
Natuurlijke satellieten ontvangen ook een positieve elektrische lading en vullen het oppervlak dat door de zon wordt verlicht, maar in het donkerste gebied is het geladen met negatieve energie. Opgemerkt moet worden dat met deze mogelijkheid van energieaccumulatie rekening moet worden gehouden.
Ten slotte bracht de ontdekking van het foto-elektrisch effect de verbetering met zich mee die ons in de loop van de tijd hielp om op een prachtige manier de diepe structuur die de wereld presenteert te begrijpen. De vooruitgang die het effect ervan veroorzaakte, vertaalt zich op zijn beurt in de volgende technologische vooruitgang:
- Overdracht van geanimeerde afbeeldingen
- bioscoop vooruitgang
- TV
- Zware machines, gebruikt in industrialisatieprocessen.
Op het gebied van elektriciteit behaalt het foto-elektrisch effect ongelooflijke resultaten, omdat openbare verlichting mogelijk is dankzij het gebruik ervan. Rekening houdend met het feit dat veel van de machines die deze taak uitvoeren niet hoeven te worden gecontroleerd of gecontroleerd door een werknemer of operator, omdat dit effect automatisch de lichten in- en uitschakelt die de lanen of straten van elke plaats verlichten.
Dit effect is zonder twijfel zeer complex om te begrijpen, maar de onderzoeken ervan waren in de oudheid behoorlijk diepgaand, dankzij wetenschappers die behoorlijk interessante en concrete bijdragen hebben geleverd, die volledig zijn erkend op wetenschappelijk niveau.