A keni dëgjuar për efekti fotoelektrik? Pikërisht këtu ju ofrojmë të gjithë informacionin që ka të bëjë me temën e habitshme që del nga fizika kuantike. Mësoni rreth historisë, shpjegimit dhe konceptit të tij, si dhe disa eksponentë që kanë dhënë kontribute në këtë degë të fizikës.
Cili është efekti fotoelektrik?
Efekti fotoelektrik qëndron në shprehjen dhe manifestimin e elektroneve, i cili kryhet nëpërmjet një përcjellësi që mund të jetë një objekt që arrin induksionin e rrezatimit elektromagnetik. Ky rrezatim përkthehet në dritë të perceptueshme. Ndër disa derdhje drite mund të gjejmë sa vijon:
Fotopërçueshmëri
Ai luan një rol themelor falë efekteve që kryen duke rritur nivelet e përçueshmërisë të përkthyer në energji elektrike që ushtron drita. Ky eksperiment u ekspozua nga mesi i shekullit të nëntëmbëdhjetë.
Efekti fotovoltaik
Ajo lidhet veçanërisht me faktin se shkakton një efekt që transformon energjinë e dritës në kontrast me energjinë elektrike. Fakt që është shkaktuar në vitin njëmijë e tetëqind e tetëdhjetë e katër.
zbulim
Zbulimi i efektit fotoelektrik është kryer falë studimeve të kryera nga Heinrich Hertz në vitin njëmijë e tetëqind e tetëdhjetë e shtatë. Vëzhgimi i tij gjendet nën qasjet që përfshijnë një kurbë që kërcehet midis 2 elektrodave dhe që janë të ndërlidhura nën një tension të lartë, që tenton të arrijë distanca më të mëdha kur ndriçohet nga drita UV, e cila është krejtësisht e ndryshme sesa kur është në errësirë.
Prova e parë e kësaj pike teorike u përvijua përmes përkufizimit ose përshkrimit të propozuar nga Albert Einstein mbi efektin fotoelektrik, duke arritur në përfundimin se grimca që i përgjigjet dritës quhet foton. Baza për krijimin e kësaj teorie të bazuar në dritë u përdor nga Ajnshtajni falë studimeve eminente të Planck. Kush bëri disa përpjekje për të treguar ekzistencën e sa.
La Biografia e Max Planck na tregon inkursionin e këtij shkencëtari në botën e fizikës, përveçse evidenton disa njohje që janë dhënë falë studimeve të kryera për kuantet e veprimit. Duke marrë parasysh se kjo teori hapi dyert në rrugën e fizikës kuantike në mënyrë të shpejtë dhe të rrjedhshme.
El efekti fotoelektrik Është në kontrast me rrezet X. Duke marrë parasysh se fotonet arrijnë transferimin e elektroneve në këtë proces të rrezatimit elektromagnetik, ndërsa në rastin e rrezeve X nuk ka qenë vetëm pas disa studimeve që përbërja mbi të cilën krijohen rrezet X. Që për vitin 1985 janë zbuluar efektet dhe përdorimi i rrezatimit të përmendur të quajtur rreze, nga shkencëtari Wilhelm Rotge.
fotone
L fotone ato përfaqësohen nga energji që kufizohen nga një lloj frekuence drite në formën e valës. Nëse e gjejmë veten me rastin e një atomi, i cili e gjen veten duke thithur një sasi të caktuar energjie që del nga një foton i caktuar, ai ka sasi të mëdha energjetike që e lejojnë atë të hedhë një elektron nga materiali në fjalë, për të shkuar më vonë drejt një rrugë specifike që përfundon në një hapësirë të caktuar.
Pasi ka ndodhur sa më sipër, elektroni zmbrapset nga materiali. Në rastin e kundërt. Nëse energjia që nxjerr fotoni nuk ka forcë të mjaftueshme, elektroni nuk ka shkathtësinë për të shpëtuar ose për të shpëtuar nga materiali në fjalë.
Nga ana e tij, nuk varet nga ndryshimet e krijuara nga forca e dritës që energjia e pranishme në foton të modifikohet, vetëm numri i elektroneve që arrijnë të ikin nga hapësira në të cilën gjenden kanë fuqinë për të bërë. Pra, falë forcës që lëshojnë elektronet, është e qartë se ajo nuk varet nga rrezatimi që arrin, por nga frekuenca e emetuar.
Në përgjithësi, jo të gjitha elektronet janë në gjendje të dëbohen nga elektroni. efekt fotoelektrik, Është marrë parasysh se të parët që dalin janë ata që zakonisht nuk kanë nevojë për forcë ekstreme për të arritur dëbimin e suksesshëm. Në një izolues dielektrik, disa elektrone me sasi të mëdha energjie mund të shihen në brezin e valencës.
Në rastin e metalit, ne zakonisht gjejmë elektronet përballë një brezi të gjerë që jep një përçueshmëri të madhe.
Prandaj, përmes gjysmëpërçuesit është e mundur të tregohen elektronet që transmetojnë një sasi të madhe energjie. Për sa i përket përcjellësve të këtij lloji, zakonisht gjenden pak elektrone në brezin që gjeneron përçueshmëri.
Kur flasim për temperaturën e dhomës zakonisht gjejmë disa elektrone me sasi të mëdha energjie, të cilat janë gjetur shumë afër niveleve të Fermit. Ekziston një energji që një elektron duhet të përmbajë në mënyrë që të arrijë një nivel Fermi, kjo njihet si shkrirja e punës, ndërsa frekuenca minimale e nevojshme që rrezatimi të dëbojë një elektron quhet frekuenca e pragut.
Vlerësimi i sasisë energjetike të përmendur është i gjithanshëm dhe kurrë konstant, kjo natyrisht, në varësi të materialit dhe shtresave të tij atomike. Disa materiale metalike si kalciumi dhe ceziumi kanë performancë shumë të ulët të punës. Për këtë arsye, duhet të jetë absolutisht e rreptë që materiali të jetë i pastër për sa i përket atomeve.
Shpjegim
Fotonet që kanë rreze drite, nga ana tjetër kanë një energji të veçantë, e cila përcaktohet nga frekuenca që jep drita. Nëpërmjet procedurës së fotoemetimit, nëse një elektron arrin të thithë energjinë e një fotoni dhe fotoni ka energji edhe më të madhe se funksioni i punës, elektroni do të dëbohet nga lënda.
Kur energjia e rrezes rritet, nuk ka ndryshim në energjitë e fotoneve, ka vetëm një ndryshim në sasinë numerike të fotoneve. Prandaj, përfundimi i qartë është se energjia e çdo elektroni nuk do të varet kurrë nga intensiteti ose forca që jep drita, por nga energjia që prodhon çdo foton.
Rreptësisht e gjithë energjia që fiton fotoni duhet të tërhiqet dhe nga ana tjetër duhet të përdoret për të arritur lirimin e një elektroni që është i lidhur me një atom. Në këtë rast, ajo energji e përmendur që përmban fotonet që arrin të konsumojë njërën nga këto pjesë, zgjidh elektronin nga atomi dhe pjesa tjetër shndërrohet si kontribut i energjisë kinetike si pjesë e elektronit që përfundon në një grimcë të lirë.
Alberti, nga ana e tij, nuk kishte si qëllim studimin specifik të shkakësisë së gjeneruar nga elektronet në rrezatimin e disa metaleve, të cilat më vonë u shndërruan në energji kinetike, megjithatë ai bëri vëzhgimet e tij përkatëse.
Ai gjeti shpjegimin e sjelljes së ushtruar nga rrezatimi. Nëpërmjet këtij veprimi, u propozua të shpjegohej nëpërmjet vëzhgimit numri i elektroneve që largoheshin nga materiali, duke pasur parasysh se frekuenca luante një rol themelor në veprimet e kryera.
histori
Në botën e fizikës arritëm të kufizonim historinë e disa zbulimeve që janë regjistruar në data të sakta, falë studimit të disa Shkencëtarë të rëndësishëm të cilët kontribuan me studime dhe teori të ndryshme që sot kanë ndihmuar në shpjegimin e disa fenomeneve të fizikës, ndër shkencëtarët që mund të përmendim gjejmë:
Heinrich Hertz
Ky shkencëtar arriti të kryejë studimin e parë mbi vëzhgimin e efektit fotoelektrik në vitin njëmijë e tetëqind e tetëdhjetë e shtatë. Instrumentet nën të cilat ai kreu këtë eksperiment bazohen në një spirale mbi të cilën mund të bëhej një shkëndijë si garanci se do të funksiononte si marrës i valëve elektromagnetike.
Për të marrë një pamje të plotë të panoramës, dhe nga ana tjetër për të arritur vëzhgimin e shkëndijës, ai e mbylli marrësin në një kuti ose enë të zezë. Nisur nga kjo, u krye një thithje e dritës UV, e cila siguronte lehtësisht kërcimin e elektroneve. Dhe nga ana tjetër, forca që përmbante shkëndijën e pajisur me energji elektrike që prodhonte marrësi u evidentua drejtpërdrejt. Shkencëtari e publikoi këtë eksperiment edhe pa e shpjeguar fenomenin.
Jozef Gjoni Thomson
Deri në vitin XNUMX, shkencëtari Thomson po përgatitte themelet për një studim specifikisht mbi rrezet katodike. Nën ndikimin e Maksuellit, studiuesi arrin në përfundimin se rrezet katodike ishin të rrënjosura në një rrjedhë grimcash që u gjetën me ngarkesa të ndryshme negative, të cilave ai u jep emrin e korpuskulave dhe se në fund atyre u jepet emri i elektroneve.
Joseph mori bazën e eksperimentit të tij në një pllakë metalike krejtësisht të mbyllur në një tub vakum, duke e ekspozuar elementin e përmendur në dritë me një ndryshim të plotë për sa i përket gjatësisë së valës. Shkencëtari besonte se fusha elektromagnetike jep disa rezonanca me fushën elektrike dhe se një trup i pajisur me një ngarkesë elektrike lëshohet përmes saj.
Intensiteti që ishte i pranishëm në rrymën në fjalë të pajisur me energji elektrike ishte shumë i ndryshueshëm përballë niveleve intensive që prodhonte drita. Kjo do të thoshte se me rritjen e dritës, rritej edhe rryma. Përkthimi i tij kryhet falë faktit se rrezatimi që ka një frekuencë më të lartë, nga ana tjetër prodhon edhe grimca me energji kinetike më të madhe.
Philipp Lenard
Për vitin e nëntëmbëdhjetë e dy, ky shkencëtar kreu një studim mbi efektin fotoelektrik në të cilin ai manifestoi ndryshimin energjetik të elektroneve, duke arritur në përfundimin se ato luajnë një rol themelor me frekuencën e dritës rënëse.
Albert Einstein
Në njëqind e nëntëqind e pesë, u krye formulimi shkencor i teorisë së famshme të relativitetit, i propozuar nga shkencëtari sipas recetave që bazoheshin në baza matematikore dhe numerike, të cilat lejonin të kuptuarit e disa procedurave. Emetimi i elektroneve ishte i lidhur me prodhimin dhe thithjen e kuanteve të dritës, të cilat më vonë u quajtën fotone.
Në vitin 1905, në të njëjtin vit që mbajti një klasë mbi teorinë e relativitetit, Albert Ajnshtajni propozoi një hetim në të cilin ai ekspozoi një fenomen që dukej se funksiononte si duhet, në të cilin emetimi i elektroneve prodhohej nga kuantet e përthithjes së dritës. fakt që më vonë do të quheshin fotone.
Në një artikull të titulluar Një pikëpamje eukaristike mbi prodhimin dhe transformimin e dritës, ai tregoi se si ideja që grimcat diskrete të dritës mund të gjeneronin efektin fotoelektrik dhe gjithashtu tregoi praninë e një frekuence karakteristike për çdo material poshtë të cilit nuk kishte asnjë efekt. Për këtë shpjegim të efektit fotoelektrik Ajnshtajni do të merrte Çmimin Nobel në Fizikë në 1921.
Duke marrë parasysh teorinë e Ajnshtajnit, energjinë me të cilën elektronet ikën nga katoda në të njëjtën kohë kur ato u ngritën në mënyrë të qëndrueshme, përmes frekuencës së dritës rënëse, larg formës intensive të energjisë. Shumë, një efekt i tillë nuk ishte parë në kohët e lashta. Demonstrimi eksperimental i këtij aspekti u krye në vitin 1915 nga fizikani amerikan Robert Andrews Millikan.
Së fundi, secili prej shkencëtarëve të përmendur më sipër ka dhënë një kontribut të madh në studimin dhe zbulimin e efektit fotoelektrik. Falë së cilës sot njohuritë dhe qasjet teorike janë pritur shumë mirë.
Sot ky efekt i jashtëzakonshëm fotoelektrik llogaritet si një mekanizëm që mund të gjendet në pajisje të ndryshme elektronike. Zbulimi i tij ishte vërtet i rëndësishëm falë studimeve që u kryen për të njohur disa efekte që ka drita.
Duke qenë studime të shkencëtarëve të përmendur, kontribute që arritën të bënin një ndryshim të madh në botën e fizikës. Falë kësaj, fizika kuantike është një degë shkencore që fitoi një nivel të madh prestigji, i cili u zhvillua në mënyrë progresive me një shtysë dhe interes të madh.
dualiteti valë-grimcë
Ky fenomen është efekti fizik që u zbulua në radhë të parë së bashku me spektra të tjerë të të njëjtave karakteristika. Filloi zbulimi i të ashtuquajturës grimcë valore që është një komponent i mekanikës kuantike. Drita sillet si valë, duke qenë në gjendje të prodhojë ndërhyrje dhe difraksion si në eksperimentin me çarje të dyfishtë të Thomas Young, por ajo shkëmben energjinë në mënyrë diskrete në paketat e energjisë, fotone, energjia e të cilave varet nga frekuenca e rrezatimit elektromagnetik.
Këto ideale arritën të ndërtonin një teori të rrezatimit elektromagnetik me baza jashtëzakonisht të qarta dhe të përcaktuara, pasi nëpërmjet saj dolën shpjegime për terma të tjerë që përfshihen në funksionet që kryen rrezatimi.
Efekti fotoelektrik sot
Sot efekti fotoelektrik është zakonisht baza e plotë që mund të gjendet para niveleve energjetike që manifestohen në mënyrë fotovoltaike, ky lloj efekti zakonisht gjendet në industritë termoelektrike, pasi manifestohet në disa sisteme të ndjeshme që përmbajnë kamera të dixhitalizuara.
Në elementë të tjerë, efekti fotoelektrik është i pranishëm në pajisjet e përditshme shtëpiake, shumica e të cilave përbëhen nga një material shumë potencial, siç është bakri, këta elementë arrijnë prodhimin e rrymave elektrike potenciale.
Ky fenomen mund të gjendet edhe në trupa që janë të ekspozuar ndaj reflektimeve të Diellit për një periudhë të konsiderueshme kohore. Grimcat e pluhurit që përbëjnë sipërfaqen e Hënës, me marrjen e drejtpërdrejtë të kësaj drite, ngarkohen me energji pozitive, kjo falë ndikimit të fotoneve. Këto fragmente të vogla, duke u ngarkuar, zmbrapsin njëra-tjetrën, duke ngritur kështu një atmosferë të dobët.
Satelitët natyrorë marrin gjithashtu një ngarkesë elektrike pozitive dhe mbushin sipërfaqen që ndriçohet nga Dielli, megjithatë, në rajonin më të errët, ajo ngarkohet me energji negative. Duhet të theksohet se është e nevojshme të merret parasysh ky eventualitet i akumulimit të energjisë.
Më në fund, zbulimi i efektit fotoelektrik solli me vete përmirësimin që me kalimin e kohës na ndihmoi të kuptonim në mënyrë madhështore strukturën e thellë që paraqet bota. Nga ana tjetër, përparimet që shkaktuan efektin e tij, përkthehen në përparimet e mëposhtme teknologjike:
- Transmetimi i imazheve të animuara
- përparimin e kinemasë
- televizor
- Makineri të rënda, të përdorura në proceset e industrializimit.
Në fushën e energjisë elektrike, efekti fotoelektrik arrin rezultate të jashtëzakonshme, pasi ndriçimi publik është i mundur falë përdorimit të tij. Duke marrë parasysh se shumë nga makineritë që kryejnë këtë detyrë nuk kanë nevojë të monitorohen apo mbikëqyren nga asnjë punëtor apo operator, pasi ky efekt ndez dhe fik automatikisht dritat që ndriçojnë rrugët apo rrugët e çdo vendi.
Pa dyshim, ky efekt është vërtet kompleks për t'u kuptuar, megjithatë, studimet e tij ishin mjaft të thelluara në kohët e lashta, falë shkencëtarëve që dhanë kontribute mjaft interesante dhe konkrete, të cilat janë njohur plotësisht në nivel shkencor.