Počuli ste už o fotoelektrický efekt? Práve tu vám ponúkame všetky informácie, ktoré sa týkajú nápadnej témy, ktorá vyplýva z kvantovej fyziky. Dozviete sa o jeho histórii, vysvetlení a koncepte, ako aj o niektorých predstaviteľoch, ktorí prispeli k tomuto odboru fyziky.
Čo je to fotoelektrický efekt?
Fotoelektrický jav spočíva vo vyjadrení a prejave elektrónov, ktorý sa uskutočňuje pomocou vodiča, ktorým môže byť predmet, ktorý dosahuje indukciu elektromagnetického žiarenia. Toto žiarenie sa premieňa na vnímateľné svetlo. Medzi niektorými lúčmi svetla môžeme nájsť nasledovné:
Fotovodivosť
Hrá zásadnú úlohu vďaka účinkom, ktoré vykonáva zvýšením úrovne vodivosti premenenej na elektrinu, ktorú svetlo vyvíja. Tento experiment bol odhalený v polovici devätnásteho storočia.
Fotovoltaický efekt
Súvisí to najmä s tým, že spúšťa efekt, ktorý transformuje svetelnú energiu na rozdiel od elektriny. Skutočnosť, ktorá sa spúšťa v roku tisíc osemsto osemdesiatštyri.
objav
Objav fotoelektrického javu sa uskutočňuje vďaka štúdiám, ktoré vykonal Heinrich Hertz v roku tisíc osemsto osemdesiat sedem. Jeho pozorovanie sa nachádza pri prístupoch, ktoré zahŕňajú krivku, ktorá sa odráža medzi 2 elektródami a ktoré sú prepojené pod vysokým napätím, ktoré má tendenciu dosahovať väčšie vzdialenosti, keď je osvetlené UV svetlom, čo je úplne iné, ako keď je tma.
Prvý dôkaz tohto teoretického bodu bol načrtnutý prostredníctvom definície alebo popisu, ktorý navrhol Albert Einstein o fotoelektrickom jave, pričom sa dospelo k záveru, že častica, ktorá zodpovedá svetlu, sa nazýva fotón. Základ pre vytvorenie tejto teórie založenej na svetle použil Einstein vďaka vynikajúcim Planckovým štúdiám. Kto sa snažil ukázať existenciu koľkých.
La Životopis Maxa Plancka ukazuje nám prienik tohto vedca do sveta fyziky, okrem toho, že dokazuje určité uznania, ktoré boli udelené vďaka štúdiám vykonaným na kvantách akcie. Berúc do úvahy, že táto teória otvorila dvere na cestu kvantovej fyziky rýchlym a plynulým spôsobom.
El fotoelektrický efekt Je to na rozdiel od röntgenových lúčov, ak vezmeme do úvahy, že fotóny pri tomto procese elektromagnetického žiarenia dosahujú prenos elektrónov, zatiaľ čo v prípade röntgenového žiarenia až niekoľko štúdií ukázalo, že zloženie, na ktorom sa röntgenové žiarenie vytvára, Že do roku 1985 boli objavené účinky a využitie spomínaného žiarenia nazývaného lúče od vedca Wilhelma Rotgeho.
fotóny
undefined fotóny sú reprezentované energiami, ktoré sú ohraničené druhom svetelnej frekvencie vo forme vlny. Ak sa ocitneme v prípade atómu, ktorý absorbuje určité množstvo energie, ktorá sa vynorí z určitého fotónu, má veľké energetické množstvá, ktoré mu umožňujú vymrštiť elektrón z predmetného materiálu, aby neskôr smeroval k konkrétna cesta, ktorá končí v určitom priestore.
Po vyššie uvedenom je elektrón odpudzovaný z materiálu. V opačnom prípade. Ak energia, ktorú vyžaruje fotón, nemá dostatočnú silu, elektrón nie je schopný uniknúť alebo uniknúť z daného materiálu.
Pokiaľ ide o zmenu energie prítomnej vo fotóne, nezávisí od zmien generovaných silou svetla, ale iba počet elektrónov, ktorým sa podarí uniknúť z priestoru, v ktorom sa nachádzajú. takže vďaka sile, ktorú elektróny vyžarujú, je jasné, že nezávisí od žiarenia, ktoré dosiahne, ale od vyžarovanej frekvencie.
Vo všeobecnosti nie všetky elektróny môžu byť elektrónom vypudené. fotoelektrický efekt, Počíta sa s tým, že ako prvé vychádzajú tie, ktoré na úspešné vypudenie väčšinou nepotrebujú extrémnu silu. V dielektrickom izolátore možno vo valenčnom pásme vidieť niektoré elektróny s veľkým množstvom energie.
V prípade kovu zvyčajne nájdeme elektróny pred širokým pásom, ktorý poskytuje skvelú vodivosť.
Preto je možné prostredníctvom polovodiča zobraziť elektróny, ktoré prenášajú veľké množstvo energie. Pokiaľ ide o vodiče tohto typu, v pásme, ktorý generuje vedenie, sa zvyčajne nachádza málo elektrónov.
Keď hovoríme o izbovej teplote, zvyčajne nájdeme nejaké elektróny s veľkým množstvom energie, ktoré boli nájdené veľmi blízko k Fermiho hladinám. Existuje energia, ktorú musí elektrón obsahovať, aby dosiahol Fermiho úroveň, toto je známe ako pracovná fúzia, pričom minimálna frekvencia potrebná na to, aby žiarenie vypudilo elektrón, sa nazýva prahová frekvencia.
Stanovenie uvedenej energetickej veličiny je všestranné a nikdy nie konštantné, to samozrejme vždy závisí od materiálu a jeho atómových vrstiev. Niektoré kovové materiály ako vápnik a cézium majú veľmi nízky pracovný výkon. Z tohto dôvodu musí byť absolútne prísne, aby materiál bol čistý, čo sa týka atómov.
vysvetlenie
Fotóny, ktoré majú svetelné lúče, majú zase zvláštnu energiu, ktorá je určená frekvenciou, ktorú svetlo poskytuje. Ak sa fotoemisnou procedúrou stane, že elektrón dokáže absorbovať energiu fotónu a fotón má energiu ešte väčšiu ako je pracovná funkcia, elektrón bude z hmoty vypudený.
Pri zvýšení energie lúča nedochádza k zmene energií fotónov, dochádza len k zmene číselného množstva fotónov. Preto je zrejmý záver, že energia každého elektrónu nebude nikdy závisieť od intenzity alebo sily, ktorú svetlo poskytuje, ale od energie, ktorú produkuje každý fotón.
Prísne všetka energia, ktorú fotón získa, musí byť priťahovaná a následne musí byť použitá na dosiahnutie uvoľnenia elektrónu, ktorý je naviazaný na atóm. V tomto prípade energia obsahujúca fotóny, ktorá dokáže spotrebovať jednu z týchto častí, odpojí elektrón od atómu a zvyšok sa premení ako príspevok kinetickej energie ako súčasť elektrónu a skončí vo voľnej častici.
Albert zo svojej strany nemal za cieľ konkrétne štúdium kauzality generovanej elektrónmi pri žiarení niektorých kovov, z ktorých sa neskôr stala kinetická energia, urobil však svoje relevantné pozorovania.
Našiel vysvetlenie správania, ktoré spôsobuje žiarenie. Prostredníctvom tejto akcie bolo navrhnuté vysvetliť pozorovaním počet elektrónov, ktoré opustili materiál, berúc do úvahy, že frekvencia hrala základnú úlohu pri vykonávaných akciách.
História
Vo svete fyziky sa nám podarilo ohraničiť históriu niektorých objavov, ktoré sú zaznamenané v presných dátumoch, vďaka štúdiu niektorých Dôležití vedci ktorí prispeli rôznymi štúdiami a teóriami, ktoré dnes pomohli vysvetliť niektoré javy fyziky, medzi vedcami, ktorých môžeme spomenúť, nájdeme:
Heinrich Hertz
Tomuto vedcovi sa podarilo uskutočniť prvú štúdiu o pozorovaní fotoelektrického javu v roku tisíc osemsto osemdesiatsedem. Prístroje, pod ktorými tento experiment uskutočnil, sú založené na cievke, na ktorej by sa dala vytvoriť iskra ako záruka, že bude fungovať ako prijímač elektromagnetických vĺn.
Aby získal úplnú víziu panorámy, a aby zase dosiahol pozorovanie iskry, uzavrel prijímač do čiernej skrinky alebo nádoby. Vzhľadom na to sa uskutočnila absorpcia UV svetla, ktorá ľahko zabezpečila skok elektrónov. A na druhej strane, sila, ktorá obsahovala iskru obdarenú elektrinou, ktorú prijímač produkoval, bola priamo dokázaná. Vedec zverejnil spomínaný experiment aj bez vysvetlenia tohto javu.
Jozefa Jána Thomson
V roku XNUMX vedec Thomson pripravoval základy pre štúdiu špeciálne o katódových lúčoch. Pod vplyvom Maxwella učenec dospel k záveru, že katódové lúče boli zakorenené v prúde častíc, ktoré boli nájdené s rôznymi zápornými nábojmi, ktorým dal názov častice a nakoniec dostali názov elektróny.
Joseph vzal základ svojho experimentu na úplne uzavretú kovovú platňu vo vákuovej trubici, pričom tento prvok vystavil svetlu s úplným rozdielom, pokiaľ ide o vlnovú dĺžku. Vedec veril, že elektromagnetické pole dáva určitú rezonanciu s elektrickým poľom a že cez neho sa vyžaruje teliesko vybavené elektrickým nábojom.
Intenzita, ktorá bola prítomná v uvedenom prúde obdarenom elektrinou, bola veľmi premenlivá vzhľadom na intenzívne úrovne, ktoré svetlo produkovalo. To znamenalo, že s pribúdajúcim svetlom sa zväčšoval aj prúd. Jeho translácia sa uskutočňuje vďaka tomu, že žiarenie, ktoré má vyššiu frekvenciu, zase produkuje častice s väčšou kinetickou energiou.
Philipp Lenard
V roku devätnásťsto dva tento vedec uskutočnil štúdiu o fotoelektrickom jave, v ktorej prejavil energetické kolísanie elektrónov, pričom dospel k záveru, že zohrávajú zásadnú úlohu s frekvenciou dopadajúceho svetla.
Albert Einstein
V roku XNUMX sa uskutočnila vedecká formulácia slávnej teórie relativity, navrhnutá vedcom podľa predpisov, ktoré boli založené na matematických a numerických základoch, čo umožnilo pochopiť niektoré postupy. Emisia elektrónov bola spojená s produkciou a absorpciou svetelných kvánt, ktoré sa neskôr nazývali fotóny.
V roku 1905, v tom istom roku, keď mal hodinu o teórii relativity, Albert Einstein navrhol vyšetrovanie, v ktorom odhalil jav, ktorý sa zdalo, že funguje správne, v ktorom emisiu elektrónov produkovali absorpčné kvantá svetla, tzv. skutočnosť, ktorá sa neskôr bude nazývať fotóny.
V článku nazvanom Eucharistický pohľad na produkciu a transformáciu svetla ukázal, ako myšlienka, že jednotlivé častice svetla by mohli generovať fotoelektrický efekt, a tiež ukázal prítomnosť charakteristickej frekvencie pre každý materiál pod úrovňou, ktorá nemala žiadny vplyv. Za toto vysvetlenie fotoelektrického javu by Einstein dostal v roku 1921 Nobelovu cenu za fyziku.
Ak vezmeme do úvahy Einsteinovu teóriu, energia, s ktorou elektróny utiekli z katódy v rovnakom čase, keď neustále stúpali, prostredníctvom frekvencie dopadajúceho svetla, preč od intenzívnej formy energie. Je veľmi dobré, že takýto účinok nebol v staroveku pozorovaný. Experimentálnu demonštráciu tohto aspektu uskutočnil v roku 1915 americký fyzik Robert Andrews Millikan.
Nakoniec, každý jeden z vyššie uvedených vedcov významne prispel k štúdiu a objavu fotoelektrického efektu. Vďaka čomu sú dnes poznatky a teoretické prístupy veľmi dobre prijaté.
Dnes sa tento neuveriteľný fotoelektrický efekt považuje za mechanizmus, ktorý možno nájsť v rôznych elektronických zariadeniach. Jeho objav bol skutočne dôležitý vďaka štúdiám, ktoré boli vykonané s cieľom poznať niektoré účinky svetla.
Keďže ide o štúdie spomínaných vedcov, príspevky, ktoré dokázali urobiť veľký rozdiel vo svete fyziky. Vďaka tomu je kvantová fyzika vedným odborom, ktorý získal veľkú prestíž, ktorá sa postupne rozvíjala s veľkým impulzom a záujmom.
vlnovo-časticová dualita
Tento jav je fyzikálny efekt, ktorý bol objavený v prvom prípade spolu s ďalšími spektrami rovnakých charakteristík. Vznikol objav takzvanej vlnovej častice, ktorá je súčasťou kvantovej mechaniky. Svetlo sa správa ako vlny, dokáže vytvárať interferenciu a difrakciu ako v experimente Thomasa Younga s dvojitou štrbinou, ale energiu si vymieňa diskrétnym spôsobom v energetických balíčkoch, fotónoch, ktorých energia závisí od frekvencie elektromagnetického žiarenia.
Tieto ideály dokázali vybudovať teóriu elektromagnetického žiarenia s mimoriadne jasnými a definovanými základmi, pretože prostredníctvom nej vznikli vysvetlenia ďalších pojmov, ktoré sa podieľajú na funkciách, ktoré žiarenie vykonáva.
Fotoelektrický efekt dnes
Dnes je fotoelektrický efekt zvyčajne úplným základom, ktorý možno nájsť pred energetickými hladinami, ktoré sa prejavujú fotovoltaickým spôsobom, tento typ efektu sa zvyčajne vyskytuje v termoelektrickom priemysle, ako sa prejavuje v niektorých citlivých systémoch, ktoré obsahujú digitalizované kamery.
V iných prvkoch je fotoelektrický efekt prítomný v bežných domácich spotrebičoch, z ktorých väčšina je tvorená veľmi potenciálnym materiálom, ako je meď, tieto prvky dosahujú produkciu potenciálnych elektrických prúdov.
Tento jav môžeme nájsť aj v telesách, ktoré sú vystavené odrazom Slnka počas značnej doby. Pri priamom príjme tohto svetla sa prachové častice, ktoré tvoria povrch Mesiaca, nabijú pozitívnou energiou, a to vďaka dopadu fotónov. Tieto drobné úlomky, ktoré sú nabité, sa navzájom odpudzujú, čím stúpajú a vytvárajú jemnú atmosféru.
Prirodzené satelity tiež dostávajú kladný elektrický náboj a vypĺňajú povrch, ktorý je osvetlený Slnkom, avšak v najtmavšej oblasti je nabitý negatívnou energiou. Treba si uvedomiť, že je potrebné počítať s touto eventualitou akumulácie energie.
Napokon, objav fotoelektrického javu so sebou priniesol zlepšenie, ktoré nám časom pomohlo veľkolepým spôsobom pochopiť hlbokú štruktúru, ktorú svet predstavuje. Na druhej strane pokroky, ktoré spustili jeho účinok, sa premietajú do nasledujúcich technologických pokrokov:
- Prenos animovaných obrázkov
- pokrok v kinematografii
- televízia
- Ťažké stroje používané v industrializačných procesoch.
V oblasti elektriny dosahuje fotoelektrický efekt neskutočné výsledky, keďže vďaka jeho použitiu je možné verejné osvetlenie. Berúc do úvahy, že mnohé zo strojov, ktoré vykonávajú túto úlohu, nemusia byť monitorované alebo kontrolované žiadnym pracovníkom alebo operátorom, pretože tento efekt automaticky zapína a vypína svetlá, ktoré osvetľujú cesty alebo ulice akéhokoľvek miesta.
Pochopenie tohto efektu je nepochybne skutočne zložité, avšak jeho štúdie boli v staroveku dosť hĺbkové, vďaka vedcom, ktorí poskytli celkom zaujímavé a konkrétne príspevky, ktoré boli plne uznané na vedeckej úrovni.