Úvodní stránka | Tato stránka v originále

Photoelectric účinek

photoelectric účinek je jev whereby elektrony být vypouštěn od povrchu (obvykle kovový) na projevu k, a absorbce, elektromagnetická radiace (takový jak viditelný světlo a ultrafialová radiace) to je nad frekvencí prahu zvláštní ke každému druhu povrchu. Žádné elektrony jsou vydávány pro radiaci pod frekvencí prahu, zatímco elektrony nemohou získat dostatečnou energii překonat jejich atomové propojení.

Photoelectric účinek pomáhal dále mávat-dualita částečky, whereby fyzický systémy (takový jako fotony v tomto případě) může displej oba mávají-jako a částečka-jako vlastnosti a chování, pojetí, které bylo používáno tvůrci kvantová mechanika. Photoelectric účinek byl vysvětlen matematicky Albert Einstein využívat práci v kvantové mechanice vyvinuté takovými lidmi jak Maximální Planck.

Tabulka s obsahem
1 historie
2 vysvětlení
3 běžná používání
4 vidět také
5 externích spojení a odkazy

Historie

Hertzova pozorování

První zaznamenané pozorování photoelectric účinek byl Heinrich Hertz v 1887 když on vyšetřoval výrobu a příjem elektromagnetický (Em) mává. Jeho přijímač sestával z role s mezera jiskry, načež jiskra by byla viděna na detekci Em mává. On umístil aparát ve ztemnělé krabici aby viděl jiskru lepší; on pozoroval to, nicméně, to maximální jiskrová délka byla redukována když v krabici. Panel skla umístěný mezi zdrojem Em mává a přijímač pohlcoval ultrafialové záření to pomohlo elektronům v skákat přes mezeru. Když vzdálený, délka jiskry by se snížila. On sledoval žádný pokles v délce jiskry když on substituted křemen pro sklo, jak křemen neabsorbuje UV radiace.

Hertz končil jeho měsíce vyšetřování a reportoval výsledky trvaly. Hertz dělal ne futher usilovat o vyšetřování tohoto účinku, ani on udělal nějaký pokus u vysvětlovat to jak pozorované jevy byly způsobeny.

Elektrony

V 1899, Joseph John Thomson vyšetřuje ultrafialové světlo v trubkách katodového paprsku. Ovlivňovaný prací James úředníka Maxwell, Thomson dedukoval, že katodové paprsky existovaly záporně nabitých částeček, který on volal " krvinky " (později nazvaný " elektrony "). Ve výzkumu, Thomson oplotí talíř kovu (i. e., cathode), v elektronce, a vystavil to radiaci vysoké frekvence. Oscilující elektromagnetická pole způsobila atomy ' pole být rezonoval a, poté, co sahal certian amplituda, příčina subatomic " krvinka " být vypouštěn. Číslo a rychlost těchto mění se s intenzitou a barvou radiace. Větší zvýšení intenzity radiace nebo frekvence pole by produkovala více elektronů.

Zářivá energie


US685957
Photoelectric
motor
()

V 1901 na 5. listopadu, Nikola Tesla přjímal patent US685957 (Aparát pro využití zářivé energie) to popisuje radiaci, jak si účtuje a vykonává dirigenty (ex., kov talíř) "zářivá energie". Tesla používal tento účinek účtovat si capacitor s energií zlý napomáhajícího talíře (eg., předchůdce sluneční baterie). Zářivá energie shodí s velkými rychlostními drobnými částečkami (i. e., " elektrony ") který být silně elektrifikovaný. Patent specifikoval to radiace (nebo zářivá energie) zahrnovat mnoho různých forem. Tato zařízení byla odkazoval se na jak "Photoelectric střídavý proud snížit motory".

V praxi, talíř leštěného kovu v zářivé energii (ex. sluneční světlo) zaútočí nesporně jak elektrony jsou emmitted talíři. Jak talíř si účtuje nesporně, elektrony tvoří elektrostatickou sílu na talíři (protože povrchu emmissions photoelectrons), a "odtok" některý negativlely nabitý capacitors. Jako paprsky nebo radiace padat na izolovaný-dirigent (a který je připojil se na condenser (i. e., capacitor )), condenser chtít indefinitely poplatek elektricky.

Lehký Quanta

Ačkoli účinek sám byl popisován dříve Nikola Tesla v patentu US685957, Albert Einstein' s experimentální demonstrace pomohla jemu vyhrát Nobelova cena 1921. Einstein má matematický popis v 1905 na jak to bylo způsobeno absorbcí fotony, nebo quanta světla, ve vzájemném ovlivňování světla s elektrony v substanci) byl obsahován v novinách pojmenovaný "Na heuristickém hledisku ohledně výroby a transformace světla". Tento papír navrhoval jednoduchý popis " lehký quanta " (později nazvaný "fotony") a ukázaný jak oni mohli být používáni vysvětlit takové jevy jak photoelectric účinek. Jednoduché vysvětlení Einstein v podmínkách absorbce jeden quanta světla vysvětloval rysy jevu a pomáhal vysvětlil charaketristickou energii.

Myšlenka na světlo quanta byl motivován Maximální Planck' s vydával právo blackbody radiace ("Na právu distribuce energie v normálním spektru". Annalen der Physik 4 (1901 )) tím, že předpokládá, že světelná energie mohla jen být zabraná nebo vydávaný v jednotlivých množstvích, nazvaný quanta. Einstein ukázal, že, tím, že převezme to světlo vlastně se sestával jednotlivých balíků, on mohl vysvětlit to photoelectric účinek. Myšlenka na světlo quanta odporoval vlnovou teorii světla, které následovalo přirozeně od James úředník Maxwell' s rovnice pro elektromagnetické chování a, více obecně, předpoklad o nekonečné dělitelnosti energie ve fyzických systémech. A dokonce po experimentech ukázal, že Einstein je rovnice pro photoelectric účinek byl přesný, jeho vysvětlení nebylo všeobecně přijal to.

Fotony lehkého paprsku mají charakteristickou energii dodávanou vlnovou délkou světla. V photoemission proces, jestliže elektron pohlcuje energii jednoho fotonu a má více energie než funkce práce, to je vyhodil z materiálu. Jestliže energie fotonu je příliš nízká, nicméně, elektron je neschopný uniknout povrchu materiálu. Rostoucí intenzita lehkého paprsku nemění energii fotonů voliče, jediný jejich číslo, a tak energie vydávaných elektronů nezávisí na intenzitě přícházejícího světla. To bylo pro toto nahlédnutí to Einstein vyhrál jeho jedinou Nobelovu cenu.

Vysvětlení

Photoelectric nápověda účinku pohánět pak-objevující se představa o dvojí povaze světla (rozsvítit charakteristiky exponátů vln a částečky u různých časů). To šlo těžko rozumět v podmínkách klasiky vlna druh světla jak energie vydávaných elektronů nezávisel na intenzitě radiace incidentu. Klasická teorie předpovídala, že elektrony mohly ' shromažďovat se nahoru ' energie přes časové období, a pak být vypouštěn, který nenastal.

Pro daný povrch, tam je minimální frekvence (nebo maximum vlnová délka, protože frekvence a vlnová délka jsou nepřímo úměrní), whereby radiace incidentu s nižší frekvencí než práh, a od této doby nižší energie než minimální požadovaný, nepřiměl elektrony, aby byl vydáván, bezohledně intenzity.

Einstein vysvětlil toto conceptualising světlo jako bytí rozbité do balíků (quanta) energie. Elektrony mohou pohlcovat energii od fotonů když ozářený, ale oni následují " všichni nebo nic " princip. Všichni energie od jednoho foton musí být zaujatý a použitý osvobodit jednoho elektron od atomového vázání nebo energie je re-vydávaný. Jestliže foton je absorbován, některá ta energie je používána osvobodit to od atomu a odpočinku přispěje k elektronu je kinetický (dojemná) energie jak volný částečka.

Philipp von Lenard pozoroval to následovat:

Rovnice

V analyzovat photoelectric účinek kvantitativně, následující rovnice jsou používány:

Energie foton = Energie potřebovala odstranit elektron + Kinetická energie vydávaného elektronu

Nebo hf = hf0 + � mvmaximální2

Nebo hf = � + Ek

h - Planck je konstanta
f0 - práh frekvence pro photoelectric účinek nastat
� - funkce práce, nebo minimální požadovaná energie odstranit elektron od atomového vázání
Ek - maximální kinetická energie poznamenala

Když tato rovnice není pozoroval to být pravdivý, to může být protože když daný nadměrné množství energie k tělu, někteří energie je absorbována jako teplo nebo vydávaný jako radiace jak žádný systém je perfektně účinný.

Běžná používání

Photoelectric účinek je užitý na takové věci jak sluneční síla zvyšujícími se sbírkami slunečních baterií, které tvoří stejnosměrný proud od sluneční světlo, a lehký-citlivý diody.

Electroscopes

Electroscopes být vidlička-tvarovaný, závisel kovové listy umístěné v prázdne rozrušit, částečně vystavený k vnějšímu prostředí. Když electroscope je zaútočil nesporně nebo záporně, dva listy se oddělí, zatímco poplatek rozdělí rovnoměrně podél listů působit odpor mezitím dva jako tyče. Když ultrafialová radiace (nebo nějaká radiace nad frekvencí prahu) je zářil na kovový venku electroscope, záporně nabitý propustí a se zhroutí, zatímco nic přihodí se pozitivně nabitý jeden. Důvod je to elektrony budou být osvobozeny od záporně nabitý, postupně dělat to neutrální, zatímco osvobodí elektrony od nesporně nabitý bude dělat to dokonce pozitivnější, držet listy oddělený.

Viz též

ElektronikaFyzikaLidiSeznamyJiný

Vnější spojení a odkazy

Generál

Applety