Какъв е фотоелектричният ефект
В съвременния свят фотоелектричният ефект се използва почти навсякъде: аларми, слънчеви панели, сензори и т.н. Нека разберем за подобно откритие по-подробно.
Историята на откриването на фотоелектрическия ефект
Фотоелектричният ефект е открит в края на 19 век, а именно през 1887 г. от учения Г. Херц, който по време на експеримент открива, че искровият разряд между цинкови топки прескача много по-лесно, когато една от топките е осветена с ултравиолетова светлина.
През същата година А. G. Столетов установи, че зарядът, освободен под действието на светлината, има отрицателен знак.
През 1898 г. Ленард и Томсън установяват, че зарядът на частиците, който се извлича от материята чрез действието на светлинен поток, е равен на специфичния заряд на електрон.
Както можете да видите, откритието предизвика истински интерес в научната общност и почти веднага повдигна огромен брой основни въпроси.
И всичко това, защото по това време никоя теория не може да обясни този ефект по някакъв приемлив начин.
Разбира се, класическата теория за металите не забранява на светлинния поток да избива електрони от метала.
Според класическите разсъждения електромагнитните вълни биха могли да "измият" електроните от структурата метал по същия начин, както морските вълни се издигат на повърхността и бият различни материали.
Единственият проблем беше, че фотоефектът не можеше да бъде обяснен толкова лесно и ето защо:
- Електроните се появиха почти моментално, след като беше започнат процесът на облъчване на метала със светлинен поток.
- Както се оказа, фотоефектът се появи дори при най-слабия светлинен поток и с увеличаване на интензивността на облъчване енергията на "измитите" електрони остана непроменена.
- Фотоефектът е практически инерционен.
- Всяко вещество има своя собствена долна граница на фотоелектрическия ефект. Това е честотата, с която този ефект все още се наблюдава.
Тези фактори не се вписват в класическата визия за взаимодействието на светлината с електрони.
Решението на тези проблеми беше намерено от известния физик А. Айнщайн в самото начало на 20 век. Освен това намереното от него решение даде сериозен тласък на развитието на квантовата механика.
И така, малко преди откритието на Айнщайн, друг учен, Макс Планк, демонстрира, че лъчението на черното тяло може да бъде опишете, приемайки, че атомите могат както да излъчват, така и да абсорбират светлина в определени енергийни части - кванти.
Планк изказва предположението, че подобно явление се дължи на специфичната структура на атома, а не на природата на светлината.
И сега Алберт Айнщайн изложи теорията, че самата светлина се разпределя в така наречените части, които се наричат фотони.
В този случай фотоните имат двойствена природа и могат да се държат като частица или вълна.
Така че, когато взаимодейства с електрон, фотонът може да се държи като частица и, грубо казано, буквално да избие електрон от атомната му орбита.
По аналогия най-доброто прилягане е сблъсъкът на две билярдни топки.
И това, което е забележително, за да се избие електрон по този начин, един фотон ще бъде достатъчен. С увеличаване на интензитета на светлината се увеличава броят на фотоните (а оттам и броят на избитите електрони), но не и енергията на отделно разглеждания електрон.
И това означава, че нито енергията, нито скоростта на фотоелектрона по никакъв начин зависят от интензивността на светлинния поток. Има зависимост само от честотата.
В резултат на подобни разсъждения ученият извежда следната формула:
Това уравнение описва енергията на фотоелектроните.
И се оказва, че фотоелектричният ефект не е нищо повече от явлението на взаимодействието на светлинен поток (или друг електромагнитен радиация) с материал, в който електронът е избит от атом на вещество поради точното попадение на квант светлина поток.
Ако статията ви е харесала, не забравяйте да харесате и споделите материала. Благодаря за вниманието!