Ποιο είναι το φωτοηλεκτρικό εφέ
Στον σύγχρονο κόσμο, το φωτοβολταϊκό εφέ χρησιμοποιείται σχεδόν παντού: συναγερμοί, ηλιακοί συλλέκτες, αισθητήρες κ.λπ. Ας μάθουμε για μια τέτοια ανακάλυψη με περισσότερες λεπτομέρειες.
Η ιστορία της ανακάλυψης του φωτοηλεκτρικού εφέ
Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα ανακαλύφθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα, δηλαδή το 1887 από τον επιστήμονα Γ. Ο Hertz, ο οποίος ανακάλυψε κατά τη διάρκεια ενός πειράματος ότι μια εκκένωση σπινθήρα μεταξύ σφαιρών ψευδαργύρου παρακάμπτεται πολύ πιο εύκολα όταν μία από τις μπάλες φωτίζεται με υπεριώδες φως.
Την ίδια χρονιά Α. ΣΟΛ. Ο Στόλετοφ ανακάλυψε ότι η φόρτιση που απελευθερώθηκε υπό τη δράση του φωτός έχει αρνητικό σημάδι.
Το 1898, οι Lenard και Thomson διαπίστωσαν ότι το φορτίο των σωματιδίων, το οποίο αφαιρείται από μια ουσία με τη δράση μιας φωτεινής ροής, είναι ίσο με το ειδικό φορτίο ενός ηλεκτρονίου.
Όπως μπορείτε να δείτε, η ανακάλυψη προκάλεσε πραγματικό ενδιαφέρον για την επιστημονική κοινότητα και σχεδόν αμέσως έθεσε τεράστιο αριθμό θεμελιωδών ερωτήσεων.
Και όλα αυτά γιατί εκείνη την εποχή καμία θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει αυτό το αποτέλεσμα με αποδεκτό τρόπο.
Φυσικά, η κλασική θεωρία των μετάλλων δεν απαγόρευσε τη φωτεινή ροή να χτυπήσει ηλεκτρόνια από το μέταλλο.
Σύμφωνα με την κλασική συλλογιστική, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα θα μπορούσαν να «ξεπλύνουν» ηλεκτρόνια από τη δομή μέταλλο με τον ίδιο τρόπο όπως τα κύματα της θάλασσας ανεβαίνουν στην επιφάνεια και χτυπούν στην ακτή διάφορα υλικά.
Το μόνο πρόβλημα ήταν ότι το εφέ φωτογραφίας δεν μπορούσε να εξηγηθεί τόσο εύκολα, και για αυτό:
- Τα ηλεκτρόνια εμφανίστηκαν σχεδόν αμέσως μετά την έναρξη της διαδικασίας ακτινοβόλησης του μετάλλου με ελαφριά ροή.
- Όπως αποδείχθηκε, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο εμφανίστηκε ακόμη και στην ασθενέστερη ροή φωτός, και με την αύξηση της έντασης ακτινοβολίας, η ενέργεια των "ξεπλυμένων" ηλεκτρονίων παρέμεινε αμετάβλητη.
- Το εφέ φωτογραφίας είναι σχεδόν αδρανές.
- Κάθε ουσία έχει το δικό της κατώτερο όριο του φωτοηλεκτρικού αποτελέσματος. Αυτή είναι η συχνότητα στην οποία το φαινόμενο αυτό εξακολουθεί να παρατηρείται.
Αυτοί οι παράγοντες δεν ταιριάζουν στην κλασική όραση της αλληλεπίδρασης του φωτός με τα ηλεκτρόνια.
Η λύση σε αυτά τα προβλήματα βρήκε ο διάσημος φυσικός Α. Ο Αϊνστάιν στις αρχές του 20ου αιώνα. Επιπλέον, η λύση που βρήκε έδωσε σοβαρή ώθηση στην ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής.
Λοιπόν, λίγο πριν από την ανακάλυψη του Αϊνστάιν, ένας άλλος επιστήμονας, ο Max Planck, απέδειξε ότι η ακτινοβολία του μαύρου σώματος μπορεί να είναι περιγράψτε, υποθέτοντας ότι τα άτομα μπορούν να εκπέμπουν και να απορροφούν φως σε ορισμένα ενεργειακά τμήματα - κβάντα.
Ο Planck προέβαλε την υπόθεση ότι ένα τέτοιο φαινόμενο οφείλεται στη συγκεκριμένη δομή του ατόμου και όχι στη φύση του φωτός.
Και τώρα ο Άλμπερτ Αϊνστάιν υπέβαλε τη θεωρία ότι το ίδιο το φως διανέμεται σε λεγόμενα τμήματα, τα οποία ονομάζονται φωτόνια.
Σε αυτήν την περίπτωση, τα φωτόνια έχουν διπλή φύση και μπορούν να συμπεριφέρονται ως σωματίδιο και κύμα.
Έτσι, όταν αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρόνιο, ένα φωτόνιο μπορεί να συμπεριφέρεται σαν ένα σωματίδιο και, χονδρικά, να χτυπά κυριολεκτικά ένα ηλεκτρόνιο από την ατομική του τροχιά.
Εάν σχεδιάσουμε μια αναλογία, τότε η σχέση με τη σύγκρουση δύο μπάλων μπιλιάρδου είναι η πλέον κατάλληλη.
Και αυτό που είναι αξιοσημείωτο, για να χτυπήσει ένα ηλεκτρόνιο με αυτόν τον τρόπο, ένα φωτόνιο θα είναι αρκετό. Με αύξηση της έντασης του φωτός, αυξάνεται ο αριθμός των φωτονίων (και συνεπώς ο αριθμός των ηλεκτρόνια που έχουν αφαιρεθεί), αλλά όχι η ενέργεια ενός ξεχωριστά εξεταζόμενου ηλεκτρονίου.
Και αυτό σημαίνει ότι ούτε η ενέργεια ούτε η ταχύτητα του φωτοηλεκτρονίου εξαρτώνται με κανέναν τρόπο από την ένταση της φωτεινής ροής. Υπάρχει μόνο μια εξάρτηση από τη συχνότητα.
Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας συλλογιστικής, ο επιστήμονας προέβη στον ακόλουθο τύπο:
Αυτή η εξίσωση περιγράφει την ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων.
Και αποδεικνύεται ότι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο δεν είναι τίποτα περισσότερο από το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης μιας φωτεινής ροής (ή άλλου ηλεκτρομαγνητικού ακτινοβολία) με ένα υλικό στο οποίο ένα ηλεκτρόνιο χτυπιέται από ένα άτομο μιας ουσίας λόγω της ακριβούς χτύπησης ενός κβαντικού φωτός ροή.
Αν σας άρεσε το άρθρο, μην ξεχάσετε να σας αρέσει και να μοιράζεστε το υλικό. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!