Внешний фотоэффект и его законы. Внутренний фотоэффект. Применение фотоэффекта в технике. Давление света.

Влияние излучения на электрические явления называется фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом).

Если электроскоп зарядить отрицательно, то при облучении ультрафиолетовыми лучами он быстро разряжается. Было установлено, что при облучении вылетают отрицательные заряды.

Внешним фотоэффектом называется вылет электронов из вещества под действием падающего на него излучения.

Русский ученый Столетов исследовал внешний фотоэффект и установил, что внешний фотоэффект возникает даже при очень небольшом напряжении между электродами (рисунок 33).

Ф - световой поток

Рисунок 33. Опыт Столетова

С увеличением напряжения фототок I сначала растет, а потом становится постоянным, называемым фототоком насыщения. При фототоке насыщения все электроны, выбитые световым потоком Ф из катода А, достигают анода В.

1-й закон внешнего фотоэффекта: Фототок насыщения прямо пропорционален падающему на катод световому потоку.

2-й закон внешнего фотоэффекта: Максимальная кинетическая энергия выбиваемых излучением электронов не зависит от интенсивности излучения, а определяется только его частотой (или длиной волны λ) и материалом катода. Энергия кванта , полученная электроном, частично затрачивается на работу выхода электрона из материала катода А_ВЫХ. Оставшаяся часть энергии кванта превращается в кинетическую энергию электрона Е_К.

С уменьшением частоты излучения кинетическая энергия выбитых электронов уменьшается и при достаточно малой частоте фотоэффект исчезает так как . При этом говорят, что существует красная граница фотоэффекта для данного материала. Красная граница – это частота электромагнитных колебаний, при которой фотоэффект исчезает.

3-й закон внешнего фотоэффекта: красная граница фотоэффекта определяется только материалом катода и не зависит от интенсивности излучения.

Внутренний фотоэффект. Было замечено, что при облучении полупроводников их сопротивление уменьшается. При облучении полупроводников валентные электроны поглощают проникающие в полупроводник фотоны и переходят в свободное состояние. Образуются пары носителей заряда: электрон-дырка.

Генерация пар носителей зарядов в полупроводнике, происходящая вследствие облучения полупроводника, называется внутренним фотоэффектом.

При внешнем фотоэффекте электроны вырываются из вещества наружу, а при внутреннем фотоэффекте остаются внутри вещества.

Применение фотоэффектов в технике

На внешнем и внутреннем фотоэффекте созданы фотоэлементы, превращающие энергию излучения в электрическую энергию. На фотоэлементах создаются мощные солнечные батареи.

Фотоэлементы применяются в кино для воспроизведения звука записанного на киноленте в виде “звуковой дорожки”. Фотоэлементы широко применяют в автоматике, а также для создания астрокомпасов, ориентирующих космические корабли по Солнцу и звездам.

Особое место фотоэлементы занимают в телевидении. Превращение световых сигналов в электрические происходит в иконоскопе (рисунок 34). Экран иконоскопа представляет собой слюдяную пластинку, на которую с одной стороны нанесены крошечные фотоэлементы в виде крупинок цезиевого серебра. С другой стороны слюды нанесен сплошной проводник.

Таким образом, вся пластина представляет собой множество микроскопических конденсаторов, заряд которых пропорционален световому потоку (рисунок 34,а). Считывание заряда осуществляется электронным лучом (рисунок 34,б), сила тока которого пропорциональна току заряда каждого конденсатора, а значит и световому потоку.

Электронный луч обегает кадр построчно. В кадре 625 строк, частота передачи кадра – 50 кадров в секунду.

Д

авление световых лучей. Падающий на тело луч оказывает на тело давление. Максвелл рассчитал теоретически, что солнечный свет давит на 1 квадратный метр черной поверхности Земли с силой 4,5*10^-6 Н. Русский ученый Лебедев подтвердил эту величину экспериментально.

С

Рисунок 34. К принципу действия иконоскопа

ила светового давления на частицы очень малых размеров может превысить действующую на них силу тяжести. Это является одной из причин, под действием которой, хвост комет всегда направлен в строну от Солнца при приближении кометы к Солнцу. Вторая причина – солнечный ветер