Упрощенная HTML-версия
какого-либо электромагнитного излучения. Различают фотоэффект внешний и внутренний
(разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект).
При
внешнем фотоэффекте
свободные электроны выходят за пределы освещаемого
вещества. Внешний фотоэффект наблюдается в газах на отдельных атомах и молекулах
(фотоионизация), в твердых телах (металлах, полупроводниках и диэлектриках).
Квантовая природа фотоэффекта и все его экспериментальные закономерности были
обоснованы известным ученым А. Энштейном в 1905 г. Он, в частности, определил закон
сохранения энергии для фотоэффекта. Исходя из этого закона, внешний фотоэффект в металле
можно представить состоящим из трех процессов: 1) поглощение фотона электроном
проводимости, в результате чего увеличивается кинетическая энергия электрона; 2) движение
электрона к поверхности тела; 3) выход электрона из металла.
Этот процесс энергетически описывается
уравнением Эйнштейна
:
hv = A + mu2/2,
(11*2)
где hv = s - энергия фотона; mu /2 - кинетическая энергия электрона, вылетевшего из металла;
А - работа выхода электрона из металла.
Из уравнения видно, что энергия падающего фотона расходуется на совершение
электроном работы выхода и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической
энергии.
Если энергия фотона меньше работы выхода электрона из данного металла (hv < А), то
электрону поглотившему эту энергию, не удастся выйти за пределы металла. Для того чтобы
происходил фотоэффект, необходимо направить на металл свет некоторой минимальной
частоты vmjn, которая определяется из условия:
hvmin =
a
,
(11.3)
откуда vmin =
a
/ h.
Наименьшую частоту vmin, или наибольшую длину волны света A,max = c/vmin = hc/A, при
которой энергия фотона равна работе выхода электрона из металла, называют
красной
границей фотоэффекта.
Если освещать металл светом большей длины волны, чем ^max, то при
сколь угодно большой силе света фотоэффект не возникает.
В результате исследования явления внешнего фотоэффекта были установлены
три закона
фотоэффекта
.
1. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, освобождаемых светом
в единицу времени, пропорционально интенсивности света (числу поглощенных за это же время
фотонов) (закон Столетова).
2. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия)
фотоэлектронов определятся только частотой падающего света, и не зависит от его интенсивности.
3.
Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта (vmin или Ятах).
Величина красной границы зависит от химической природы металла и состояния его
поверхности.
Внутренний фотоэффект
- это вызванные электромагнитным излучением переходы
электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без
вылета наружу. В результате концентрация свободных носителей заряда внутри тела
увеличивается,
что
приводит
к возникновению
фотопроводимости
(повышению
электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к
возникновению э.д.с.
Вентильный фотоэффект
- возникновение э.д.с. (фото-э.д.с.) при освещении контакта
двух полупроводников с различной проводимостью или полупроводника и металла при
отсутствии источника внешнего напряжения.
67