Fotoefektas

Fotoefektas. Elektromagnetinių bangų spinduliai (kairėje) išmuša iš medžiagos elektronus (dešinėje).

Fotoelektrinis efektas arba fotoefektas – elektronų išspinduliavimas iš elektromagnetinių bangų (tokių kaip regimoji šviesa ar UV spinduliai) veikiamos medžiagos paviršiaus (dažniausiai metalinio). Kiekviena medžiaga turi raudonąją fotoefekto ribą, todėl jei elektromagnetinių bangų dažnis bus žemesnis, nei medžiagos raudonoji fotoefekto riba, elektronai nebus išspinduliuojami. Išspinduliuojami elektronai dažnai vadinami fotoelektronais.

Fotoefekto atradimas padėjo tolesniems bangų ir dalelių dvilypumo tyrimams. Paaiškėjo, kad fotonai (kaip ir kai kurios kitos dalelės) turi tiek banginių, tiek dalelių savybių. Nuo fotoefekto prasidėjo visa kvantinė mechanika.

Matematiškai fotoefektą apibūdino Albertas Einšteinas (už tai jis 1921 metais gavo Nobelio premiją), pratęsdamas ankstesnius Makso Planko kvantinės teorijos darbus. Einšteino lygtis fotoefektui:

$h\nu =A+{\frac {mv^{2}}{2}}$ (šviesos kvantų energija naudojama elektronui išlaisvinti ir suteikti elektronui kinetinę energiją)

Fotoefektu pasižymi tokios medžiagos kaip Cezis ir Kalis. Cezio jonizacijos energija 3.9 eV, o kalio 4.36 eV. Matomos šviesos bangos ilgis yra apie 400–700 nm, o dažnis apie $6\cdot 10^{14}$ Hz (500 nm bangos), todėl fotono energija yra $E=hf=h=6.626\cdot 10^{-34}(J\cdot s)\cdot 6\cdot 10^{14}(s^{-1})=3.9756\cdot 10^{-19}\;(J)=2.48475\;(eV).$ Todėl trumpesnės bangos geriau išlaisvina elektronus.

Išorinio fotoefekto dėsniai. Elektronų spinduliavimas iš kietųjų kūnų (metalų, puslaidininkių, dielektrikų) ir skysčių, absorbavus jiems elektromagnetinį spinduliavimą, vadinamas išoriniu fotoefektu. Fotoefekto dėsningumai: fotoefektui nėra šviesos intensyvumo slenksčio; fotoelektronų energija nepriklauso nuo šviesos intensyvumo; fotoelektronų maksimali energija priklauso nuo fotoefektą sukeliančio spinduliavimo dažnio. Išorinio fotoefekto dėsningumai paprastai tiriami vakuume.

Istorija

1839 m. Aleksandras Edmondas Bekerelis (Alexandre Edmond Becquerel) stebėjo fotoelektrinį efektą, kuris vyko į tirpalą panardintame elektrode, veikiamame šviesos. 1873 Vilogbis Smitas (Willoughby Smith) atrado, kad selenas yra fotoinduktyvus.

1887 m. Henrikas Hercas stebi fotoefektą ir gautus duomenis apie elektromagnetinių bangų gavimą ir panaudojimą paskelbia žurnale „Fizikos analai“.

Nuorodos

• http://www.walter-fendt.de/ph14e/photoeffect.htm Archyvuota kopija 2005-11-02 iš Wayback Machine projekto.
• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/ionize.html