Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενοπροκαλούνται από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταπτώσεις ηλεκτρονίων στο εσωτερικόένας ημιαγωγός ή διηλεκτρικό από δεσμευμένο σε ελεύθερο καταστάσεις χωρίς να διαφεύγει προς τα έξω. Ως αποτέλεσμα, αυξάνεται η συγκέντρωση των φορέων ρεύματος μέσα στο σώμα, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση φωτοαγωγιμότητας - αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενός ημιαγωγού ή διηλεκτρικού όταν φωτίζεται.

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο βαλβίδας (ένα είδος εσωτερικού φωτοηλεκτρικού εφέ)

1.η ανάδυση EMF (φωτογραφία-EMF) όταν φωτίζει την επαφή δύο διαφορετικών ημιαγωγών ή ενός ημιαγωγού και ενός μετάλλου (ελλείψει εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου). Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο της βαλβίδας χρησιμοποιείται σε ηλιακούς συλλέκτες για την άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (εκπομπή φωτοηλεκτρονίων)ονομάζεται η εκπομπή ηλεκτρονίων από μια ουσία υπό την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Σχέδιο μελέτης του εξωτερικού φωτοηλεκτρικού φαινομένου... Δύο ηλεκτρόδια (κάθοδος Κ από το υπό μελέτη μέταλλο και άνοδος ΕΝΑ) σε ένα σωλήνα κενού συνδέονται με μια μπαταρία έτσι ώστε να μπορεί να αλλάξει όχι μόνο η τιμή, αλλά και το πρόσημο της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτούς. Το ρεύμα που προκύπτει όταν η κάθοδος φωτίζεται με μονόχρωμο φως (μέσω ενός παραθύρου χαλαζία) μετράται από ένα χιλιοστόμετρο συνδεδεμένο στο κύκλωμα. Εξάρτηση φωτορεύματος Εγώπου παράγεται από τη ροή ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο υπό τη δράση του φωτός, από την τάση Uμεταξύ της καθόδου και της ανόδου ονομάζεται χαρακτηριστικό ρεύμα-τάσης του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

Καθώς αυξάνεται το U, το φωτορεύμα αυξάνεται σταδιακά μέχρι να φτάσει σε κορεσμό. Μέγιστη τρέχουσα τιμή Εγώ us - φωτορεύμα κορεσμού - καθορίζεται από μια τέτοια τιμή U,στην οποία όλα τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο φτάνουν στην άνοδο: Εγώμας = ru, που n- ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο σε 1s. Στο U = O, το φωτορεύμα δεν είναι

εξαφανίζεται, αφού τα φωτοηλεκτρόνια, όταν διαφεύγουν από την κάθοδο, έχουν μια ορισμένη αρχική ταχύτητα. Για να γίνει το φωτορεύμα ίσο με μηδέν, είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί μια τάση καθυστέρησης U 0. Στο U = U 0, κανένα από τα ηλεκτρόνια, ακόμη και αυτά που έχουν τη μέγιστη αρχική ταχύτητα κατά τη διάρκεια της πτήσης, δεν μπορεί να ξεπεράσει το πεδίο επιβράδυνσης και να φτάσει στην άνοδο:

δηλ., μετρώντας την τάση καθυστέρησης U 0, μπορεί κανείς να καθορίσει τη μέγιστη τιμή της ταχύτητας υ Μέγιστηκαι κινητική ενέργεια K m άξονας φωτοηλεκτρονίων.

45. Νόμοι φωτοεφέ.

(1) ο νόμος του Στολέτωφ: σε μια σταθερή συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός, ο αριθμός των φωτοηλεκτρονίων που εκπέμπονται από τη φωτοκάθοδο ανά μονάδα χρόνου είναι ανάλογος της έντασης του φωτός (το φωτορεύμα κορεσμού είναι ανάλογο με την ακτινοβολία E e της καθόδου).

(2) Η μέγιστη αρχική ταχύτητα (μέγιστη αρχική κινητική ενέργεια) των φωτοηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από την ένταση του προσπίπτοντος φωτός, αλλά καθορίζεται μόνο από τη συχνότητά του ν

(3) Για κάθε ουσία υπάρχει ένα κόκκινο όριο του φωτοηλεκτρικού φαινομένου - η ελάχιστη συχνότητα φωτός (ανάλογα με τη χημική φύση της ουσίας και την κατάσταση της επιφάνειάς της), κάτω από την οποία το φωτοεπίδραση είναι αδύνατο.

Για να εξηγήσει τον μηχανισμό του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι το φως της συχνότητας ν δεν εκπέμπεται μόνο από ξεχωριστά κβάντα (σύμφωνα με την υπόθεση του Planck), αλλά διαδίδεται επίσης στο διάστημα και απορροφάται από την ύλη σε ξεχωριστά μέρη (κβάντα), η ενέργεια του που είναι ε 0 = ην.

Τα κβάντα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που κινούνται με την ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό ονομάζονται φωτόνια.

Η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου δαπανάται για να εκτελέσει το ηλεκτρόνιο τη συνάρτηση εργασίας Α από το μέταλλο (βλέπε σελίδες 3-31) και για τη μετάδοση της κινητικής ενέργειας στο εκπεμπόμενο φωτοηλεκτρόνιο. Η εξίσωση του Αϊνστάιν για το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο:

Αυτή η εξίσωση εξηγεί την εξάρτηση της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός (2ος νόμος). Περιορισμός συχνότητας

(ή) στο οποίο η κινητική

η ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων γίνεται μηδέν, και υπάρχει ένα κόκκινο περίγραμμα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου (3ος νόμος). Μια άλλη μορφή γραφής της εξίσωσης Αϊνστάιν

Το σχήμα δείχνει την εξάρτηση της μέγιστης κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων από τη συχνότητα του ακτινοβολούμενου φωτός για αλουμίνιο, ψευδάργυρο και νικέλιο. Όλες οι ευθείες είναι παράλληλες μεταξύ τους και η παράγωγος d (eU 0) / dv δεν εξαρτάται από το υλικό της καθόδου και είναι αριθμητικά ίση με τη σταθερά h του Planck. Τα τμήματα που αποκόπτονται στον άξονα τεταγμένων είναι αριθμητικά ίσα με το έργο ΕΝΑαπελευθέρωση ηλεκτρονίων από τα αντίστοιχα μέταλλα.

Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι η βάση για τη δράση φωτοκυττάρων και φωτοαντιστάσεων (φωτοαντιστάσεις) σε φωτοεκθετόμετρα, luxmeters και συσκευές ελέγχου και αυτοματοποίησης διαφόρων διεργασιών, τηλεχειριστήρια, καθώς και σε σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστών ημιαγωγών και ηλιακές μπαταρίες.

Η ύπαρξη φωτονίων αποδείχθηκε στο πείραμα του Botha. Λεπτό μεταλλικό φύλλο Ф, που βρίσκεται ανάμεσα σε δύο μετρητές Сч, εξέπεμπε ακτίνες Χ υπό τη δράση σκληρής ακτινοβολίας. Εάν η ακτινοβολούμενη ενέργεια κατανεμήθηκε ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, όπως προκύπτει από τις αναπαραστάσεις των κυμάτων, τότε και οι δύο μετρητές θα έπρεπε να λειτουργούν ταυτόχρονα και τα σύγχρονα σημάδια με τους δείκτες M θα εμφανίζονταν στην κινούμενη ταινία L. Στην πραγματικότητα, η διάταξη των σημαδιών ήταν ακανόνιστος. Κατά συνέπεια, σε ξεχωριστές πράξεις εκπομπής, γεννιούνται σωματίδια φωτός (φωτόνια), που πετούν προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση.

46. ​​Μάζα και ορμή φωτονίου. Η ενότητα των σωματικών και κυματικών ιδιοτήτων του φωτός.

Χρησιμοποιώντας τις σχέσεις, λαμβάνουμε εκφράσεις για την ενέργεια, τη μάζα και την ορμή ενός φωτονίου

Αυτές οι σχέσεις συνδέουν τα κβαντικά (σωματικά) χαρακτηριστικά ενός φωτονίου - μάζα, ορμή και ενέργεια - με το χαρακτηριστικό κύμα του φωτός - τη συχνότητά του.

Το φως κατέχει ταυτόχρονα κύμαιδιότητες που εκδηλώνονται στους νόμους της διάδοσης, της παρεμβολής, της περίθλασης, της πόλωσης και αιμοσφαιρικός, που εκδηλώνονται στις διαδικασίες αλληλεπίδρασης του φωτός με την ύλη (εκπομπή, απορρόφηση, σκέδαση).

47. Ελαφριά πίεση.

Εάν τα φωτόνια έχουν ορμή, τότε το φως που πέφτει στο σώμα πρέπει να ασκήσει πίεση σε αυτό.

Αφήστε τη ροή της μονοχρωματικής ακτινοβολίας συχνότητας να πέσει κάθετα στην επιφάνεια. Εάν N φωτόνια πέσουν σε 1 m 2 της επιφάνειας του σώματος σε 1 s, τότε στον συντελεστή ανάκλασης p του φωτός από την επιφάνεια του σώματος, το ρ θα ανακλαστεί Νφωτόνια και (1-ρ) Νφωτόνια - θα απορροφηθούν. Κάθε απορροφημένο φωτόνιο μεταδίδει μια ώθηση στην επιφάνεια σ γ, και κάθε ανακλώμενο φωτόνιο είναι -2 σ γ

Η πίεση του φωτός στην επιφάνεια είναι ίση με την ώθηση που μεταδίδεται

επιφάνεια για 1s N φωτόνια

Ενεργειακός φωτισμός μιας επιφάνειας (ενέργεια όλων των φωτονίων που προσπίπτουν σε μια μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου). Ογκομετρικοό

πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας:. Από εδώ

Η κυματική θεωρία του φωτός με βάση τις εξισώσεις του Maxwell έρχεται στην ίδια έκφραση. Η πίεση του φωτός στη κυματική θεωρία εξηγείται από το γεγονός ότι υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου Τα ηλεκτρόνια ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο μέταλλο θα κινηθούν προς την κατεύθυνση (σημ στο σχήμα) απέναντι Ένα μαγνητικό πεδίο Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα δρα σε κινούμενα ηλεκτρόνια με τη δύναμη Lorentz προς την κατεύθυνση (σύμφωνα με τον κανόνα του αριστερού χεριού) κάθετη προς την επιφάνεια του μετάλλου. Έτσι, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα ασκεί πίεση στη μεταλλική επιφάνεια.

48. Εφέ Compton.

Οι σωματικές ιδιότητες του φωτός εκδηλώνονται ξεκάθαρα στο φαινόμενο Compton - ελαστική σκέδαση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων (ακτίνες Χ και ακτινοβολία) από ελεύθερα (ή ασθενώς δεσμευμένα) ηλεκτρόνια μιας ουσίας, που συνοδεύεται από αύξηση του μήκους κύματος. Αυτή η αύξηση είναι ανεξάρτητη από το μήκος κύματος λ του προσπίπτοντος

Ηλιακή μπαταρία- συσκευή για την άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Η λειτουργία της ηλιακής μπαταρίας βασίζεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο της βαλβίδας. (VFE). Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο βαλβίδας- η εμφάνιση EMF (φωτογραφία-EMF) όταν φωτίζεται μια δομή που αποτελείται από ανόμοια στοιχεία. Τα συστατικά μιας τέτοιας δομής μπορεί να είναι ένα μέταλλο και ένας ημιαγωγός (επαφή Schottky). δύο ημιαγωγοί με διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας ( Π- nμετάβαση); δύο ημιαγωγοί, διαφορετικοί σε χημική σύσταση (ετεροδομή). Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον L. Grundahl και, ανεξάρτητα από αυτόν, τον B. Lange το 1930. [UFN, 1934] σε επαφές Schottky με βάση το μέταλλο χαλκός και οξείδιο του χαλκού (Cu- Cu 2 Ο) ... Ωστόσο, η αποτελεσματικότητα τέτοιων συσκευών ήταν μόνο λίγα τοις εκατό, επομένως δεν βρήκαν ευρεία χρήση εκείνη την εποχή. Πρακτική εφαρμογή ηλιακών συλλεκτών ( Σάβ) ελήφθησαν όταν οι επαφές Schottky αντικαταστάθηκαν πρώτα από γερμάνιο και μετά από φωτοκύτταρα πυριτίου με Π- nμετάβαση, έχοντας σημαντικά υψηλότερη απόδοση. Τα ηλιακά πάνελ χρησιμοποιήθηκαν κυρίως ως ηλεκτρικές γεννήτριες σε διαστημόπλοια. Ήδη ο τρίτος τεχνητός δορυφόρος της Γης (1958) τροφοδοτήθηκε με ενέργεια από ηλιακές μπαταρίες. Επί του παρόντος, τα SB παράγονται από τη βιομηχανία, έχουν χωρητικότητα δεκάδων κιλοβάτ και η απόδοση είναι μπαταρίες που βασίζονται σε ετεροδομές από νέα υλικά ημιαγωγών φτάνει το 30%.

Φυσικά θεμέλια του φωτοηλεκτρικού φαινομένου της βαλβίδας

Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο της βαλβίδας βασίζεται σε δύο θεμελιώδη φαινόμενα:

Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο - η δημιουργία φορέων φορτίου χωρίς ισορροπία όταν ένας ημιαγωγός ακτινοβολείται με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με κβαντική ενέργεια επαρκή για μια τέτοια παραγωγή (βλ. εργασία "Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο σε ομογενείς ημιαγωγούς"). Μέγιστη απόδοση Τα ηλιακά κύτταρα είναι δυνατά μόνο στην περίπτωση της «εγγενούς φωτοαγωγιμότητας», δηλ. καταστάσεις όταν, με την απορρόφηση ενός κβαντικού φωτός, ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας και εμφανίζεται ένα ζεύγος φορέων φορτίου μη ισορροπίας - ένα ηλεκτρόνιο και μια οπή.

Αλλά αυτοί οι φορείς φορτίου μη ισορροπίας δεν είναι χωρικά διαχωρισμένοι και το φωτο-εμφ δεν προκύπτει έως ότου το ηλεκτρόνιο και η οπή διαχωριστούν στο διάστημα. Αυτή η λειτουργία εκτελείται από μια επαφή μεταξύ ημιαγωγού και μετάλλου (επαφή Schottky) ή μεταξύ ημιαγωγών ( Π- nμετάβαση, ετεροδομή)

Εξετάστε τη διαδικασία διαχωρισμού των φορέων φορτίου μη ισορροπίας σε Π- nμετάβαση. Το σχήμα 1 δείχνει ένα τυπικό σχέδιο ενός φωτοκυττάρου βαλβίδας με Π- nμετάβαση (φωτοδίοδος), και στο Σχ. 2 - η συμπερίληψη ενός φωτοκυττάρου στο εξωτερικό κύκλωμα.

Υπό φωτισμό Π- η περιοχή που απορροφάται η ακτινοβολία σε αυτό και δημιουργεί ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών. Δεδομένου ότι η συγκέντρωση και των δύο φορέων είναι μέγιστη στην επιφάνεια, διαχέονται βαθιά μέσα Π-Περιοχές, να Π- nμετάβαση. Ηλεκτρόνια (μειοψηφικοί φορείς σε R-περιοχές) ρίχνονται από το πεδίο επαφής σε n-περιοχή, το φορτίζει αρνητικά. Για τους περισσότερους φορείς φορτίου (σε αυτήν την περίπτωση, πρόκειται για τρύπες) στο όριο υπάρχει ένα πιθανό εμπόδιο που δεν μπορούν να ξεπεράσουν και επομένως οι τρύπες παραμένουν Π- περιοχή, το φορτίζει θετικά. Έτσι, το ηλεκτρικό πεδίο της επαφής διαχωρίζει χωρικά τα ηλεκτρόνια που δεν βρίσκονται σε ισορροπία και τις οπές που σχηματίζονται υπό τη δράση του φωτός. Μπαίνοντας μέσα n-περιοχή, τα ηλεκτρόνια μειώνουν το θετικό φορτίο χώρου σε αυτό και τις οπές που παραμένουν μέσα Π- περιοχές, μειώστε το ογκομετρικό αρνητικό φορτίο (βλ. εργασία «Φαινόμενα επαφής σε ημιαγωγούς»). Αυτό ισοδυναμεί με υποβολή αίτησης Π- nμετάβαση μεροληψίας προς τα εμπρός φ μείωση του δυνητικού φραγμού κατά το ποσό μιφ , που μι - το φορτίο ηλεκτρονίων (Εικ. 3).

Εικ. 3 LitΠ- n-μετάβαση. Το φράγμα δυναμικού τόσο για τα ηλεκτρόνια όσο και για τις οπές μειώνεται κατά την τιμή του photo-emf.

Μετακίνηση ηλεκτρονίων μέσω Π-n-Η μετάβαση δημιουργεί μια ροή φωτογραφιών - Εγώ φά, στο οποίο, εφόσον δημιουργείται από δευτερεύοντες φορείς, αποδίδεται αρνητικό πρόσημο. Η μείωση του φραγμού οδηγεί σε αύξηση του ρεύματος των πλειοψηφικών φορέων, η οποία στα φωτοκύτταρα ονομάζεται ρεύμα διαρροής

Εγώ στο = Εγώ μικρό exp(μιφ / kT). (1)

Έτσι, τα ακόλουθα ρεύματα ρέουν μέσω της διασταύρωσης: φορείς μειοψηφίας: -ΕΓΩ μικρό, κύριοι μεταφορείς: Εγώ μικρό exp (πφ / kT)και φωτορεύμα: - Εγώφά . Συνολικό ρεύμα μέσω p- n- η μετάβαση είναι

εγώ = εγώ μικρό (exp (eφ / kT) -1) - I φά . (2)

Ρεύμα μειοψηφίας

, (3)

όπου και είναι οι συγκεντρώσεις των μειοψηφικών φορέων φορτίου· είναι τα μήκη διάχυσης· είναι οι συντελεστές διάχυσης των ηλεκτρονίων και των οπών. Το φωτορεύμα στην πρώτη προσέγγιση είναι ανάλογο με το φωτισμό του φωτοκυττάρου ΦΑ.

Εξάρτηση του photo-emf του φωτοκυττάρου της βαλβίδας από το εξωτερικό φορτίο

Η εξίσωση 2 περιγράφει το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης μιας ιδανικής φωτοδιόδου. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, το ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα (Εικ. 2) είναι ίσο με

Από (2) και (4) με ανοιχτό εξωτερικό κύκλωμα, δηλ. στο R →∞, παίρνουμε για το photo-emf (photo-emf "αδρανής")

Εάν η αντίσταση φορτίου είναι μικρή ( R →0), τότε το ρεύμα βραχυκυκλώματος θα είναι απλώς ίσο με το φωτορεύμα Εγώ kz = Εγώ ΦΑ.Η εξωτερική όψη του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης ενός ιδανικού φωτοκυττάρου βαλβίδας φαίνεται στο Σχ. 4.

Εικ. 4. Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης φωτοκυττάρου πυριτίου. Τελείαένα στο σχήμα αντιστοιχεί σε λειτουργία με βέλτιστο εξωτερικό φορτίο (με την υψηλότερη ισχύ της φωτοβολταϊκής γεννήτριας)

Όπως προκύπτει από το έντυπο 2.4 και το σχήμα 4, με αύξηση της αντίστασης φορτίου, το photo-emf αυξάνεται, φτάνοντας στο όριο την τιμή φ XX, και το φωτορεύμα μειώνεται. Η ισχύς που παρέχεται από τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια στο εξωτερικό κύκλωμα είναι ίση με Εγώ φά · φ. Με τη βέλτιστη επιλογή της αντίστασης του εξωτερικού κυκλώματος, αυτή η ισχύς θα είναι μέγιστη (Εικ. 4).

Όπως προκύπτει από το Σχ. 3, η μέγιστη τιμή του photo-emf δεν μπορεί να υπερβαίνει την τιμή φ max ≈ μι σολ / μι, που μι σολ – διάκενο ζώνης ημιαγωγών. Μάλιστα, για διάφορους λόγους που δεν λάβαμε υπόψη στην πρώτη προσέγγιση, η μέγιστη τιμή του photo-emf θα είναι περίπου 2/3 μι σολ / μι... Για φωτοκύτταρα από πυρίτιο (Si) με διάκενο ζώνης μι σολ≈ 1 eV, θα είναι ίσο με φ max ≈600 mV, φωτοκύτταρα από γερμάνιο (Ge) φ max ≈400 mV, φωτοκύτταρα από αρσενίδιο γαλλίου (GaAs) φ max ≈ 1 V. ρεύματα - παράλληλα, σχηματίζοντας έτσι ένα ηλιακό μπαταρία (Εικ. 5.6).

Διάκριση μεταξύ εξωτερικού εσωτερικού και φωτοηλεκτρικού φαινομένου βαλβίδας. Το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) είναι η εκπομπή ηλεκτρονίων από μια ουσία υπό την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρατηρείται στα στερεά (μέταλλα, ημιαγωγοί, διηλεκτρικά), καθώς και σε αέρια και μεμονωμένα άτομα και μόρια (φωτοϊονισμός). Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε (1887) από τον G. Hertz, ο οποίος παρατήρησε τη δύναμη της διαδικασίας εκφόρτισης όταν το διάκενο σπινθήρα ακτινοβολήθηκε με υπεριώδη ακτινοβολία.

Οι πρώτες θεμελιώδεις μελέτες του φωτοηλεκτρικού φαινομένου πραγματοποιήθηκαν από τον Ρώσο επιστήμονα A.G. Στολέτοφ. Δύο ηλεκτρόνια (κάθοδος Κ από το υπό μελέτη μέταλλο και άνοδος Α στο σχήμα του Stoletov χρησιμοποιούσε μεταλλικό πλέγμα) σε ένα σωλήνα κενού συνδέονται με μια μπαταρία έτσι ώστε με τη βοήθεια ενός ποτενσιόμετρου R μπορεί κανείς να αλλάξει όχι μόνο τις τιμές, αλλά και το πρόσημο της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτά. Το ρεύμα που προκύπτει όταν η κάθοδος φωτίζεται με μονόχρωμο φως (μέσω ενός παραθύρου χαλαζία) μετράται από ένα χιλιοστόμετρο συνδεδεμένο στο κύκλωμα. Ακτινοβολώντας την κάθοδο με φως διαφόρων μηκών κύματος, ο Stoletov καθόρισε τις ακόλουθες κανονικότητες, οι οποίες δεν έχουν χάσει τη σημασία τους μέχρι την εποχή μας:

1. Το πιο αποτελεσματικό αποτέλεσμα ασκείται από την υπεριώδη ακτινοβολία.

2. Υπό την επίδραση του φωτός, η ουσία χάνει μόνο αρνητικά φορτία.

J.J. Ο Thomas το 1898 μέτρησε το φορτίο των σωματιδίων που εκπέμπονται υπό την επίδραση του φωτός (με εκτροπή σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία). Αυτές οι μετρήσεις έδειξαν ότι τα ηλεκτρόνια παράγονται από τη δράση του φωτός.

Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι μια ελεύθερη μετάβαση ηλεκτρονίων μέσα σε έναν ημιαγωγό ή διηλεκτρικό από δεσμευμένες καταστάσεις που προκαλούνται από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χωρίς να διαφεύγουν προς τα έξω. Ως αποτέλεσμα, αυξάνεται η συγκέντρωση των φορέων ρεύματος στο εσωτερικό του σώματος, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση φωτοαγωγιμότητας (με την αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενός φωτοαγωγού ή διηλεκτρικού όταν φωτίζεται) ή στην εμφάνιση ενός emf.

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο βαλβίδας

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο βαλβίδας - ένα emf (φωτο-emf) εμφανίζεται όταν η επαφή δύο διαφορετικών ημιαγωγών ή ενός ημιαγωγού και ενός μετάλλου φωτίζεται (ελλείψει εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου). Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο της βαλβίδας ανοίγει έτσι το δρόμο για την άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική.

Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του φωτοηλεκτρικού φαινομένου

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του φωτοηλεκτρικού φαινομένου είναι η εξάρτηση του φωτορεύματος I που σχηματίζεται από τη ροή ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο υπό τη δράση του ρεύματος στην τάση U μεταξύ των ηλεκτροδίων. Μια τέτοια εξάρτηση, που αντιστοιχεί σε δύο διαφορετικούς φωτισμούς E e της καθόδου (η συχνότητα του φωτός και στις δύο περιπτώσεις είναι ίδια). Καθώς αυξάνεται το U, το φωτορεύμα αυξάνεται σταδιακά, δηλ. ένας αυξανόμενος αριθμός φωτοηλεκτρονίων φτάνει στην άνοδο. Ο ήπιος χαρακτήρας των καμπυλών δείχνει ότι τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται από την κάθοδο με διαφορετικές ταχύτητες. Η μέγιστη τιμή του ρεύματος I sat - φωτορεύμα κορεσμού - καθορίζεται από μια τέτοια τιμή του U στην οποία όλα τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο φτάνουν στην άνοδο.

Από το χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ προκύπτει ότι στο U = 0 το φωτορεύμα δεν εξαφανίζεται. Κατά συνέπεια, τα ηλεκτρόνια που εκτοξεύονται από το φως από την κάθοδο έχουν μια ορισμένη αρχική ταχύτητα v, και ως εκ τούτου μια μη μηδενική κινητική ενέργεια και μπορούν να φτάσουν στην άνοδο χωρίς εξωτερικό πεδίο. Για να γίνει το φωτορεύμα ίσο με μηδέν, είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί μια τάση καθυστέρησης U 0. Στο U = U 0, κανένα από τα ηλεκτρόνια, ακόμη και με τη μέγιστη ταχύτητα v max όταν διαφεύγει από την κάθοδο, δεν μπορεί να ξεπεράσει το επιβραδυντικό πεδίο και να φτάσει στην άνοδο. Ως εκ τούτου,

Όπου n είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο σε 1s.

mv 2 max / 2 = e U 0

εκείνοι. Με τη μέτρηση της τάσης συγκράτησης U0, μπορεί κανείς να προσδιορίσει τις μέγιστες τιμές της ταχύτητας και της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων.

Όταν εκπέμπονται τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης διαφόρων υλικών (η συχνότητα της επιφάνειας είναι σημαντική, επομένως οι μετρήσεις πραγματοποιούνται στο κενό και σε νωπές επιφάνειες) σε διαφορετικές συχνότητες της ακτινοβολίας που προσπίπτει στην κάθοδο και διαφορετικό ενεργειακό φωτισμό της καθόδου και γενίκευση Από τα δεδομένα που ελήφθησαν, καθορίστηκαν οι ακόλουθοι τρεις νόμοι του εξωτερικού φωτοφαινόμενου.