Фізика — 11 клас
Фотоефект і його закони. Рівняння ейнштейна для фотоефекта й постійна Планка. Застосування фотоефекта в техніку.
В 1900 р. німецький фізик Макс Планк висловив гіпотезу: світло випромінюється й поглинається окремими порціями — квантами (або фотонами). Енергія кожного фотона визначається формулою Е = hv, де h — постійна Планка, рівна , v — частота світла. Гіпотеза Планка пояснила багато явищ: зокрема, явище фотоефекта, відкритого в 1887 р. німецьким ученим Генріхом Герцом і вивченого експериментально росіянином ученим А. Г. Столетовим. Фотоефект — це явище випущення електронів речовиною під дією світла.
У результаті досліджень були встановлені три закони фотоефекта.
1. Сила струму насичення прямо пропорційна інтенсивності світлового випромінювання, що падає на поверхню тіла.
2. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає із частотою світла й залежить від його інтенсивності.
3. Якщо частота світла менше деякої певної для даної речовини мінімальної частоти, то фотоефекта не відбувається.
Залежність фотоструму від напруги показана на малюнку 51
Теорію фотоефекта створив німецький учений А. ейнштейн в 1905 р. В основі теорії ейнштейна лежить поняття роботи виходу електронів з металу й поняття про квантове випромінювання світла. По теорії ейнштейна фотоефект має наступне пояснення: поглинаючи квант світла, електрон здобуває енергію. При вильоті з металу енергія кожного електрона зменшується на певну величину, що називають роботою виходу (Авих). Робота виходу — це робота, яку необхідно затратити, щоб видалити електрон з металу. Максимальна енергія електронів після вильоту (якщо немає інших втрат) має вигляд: . Це рівняння зветься рівняння ейнштейна
Прилади, в основі принципу дії яких лежить явище фотоефекта, називають фотоелементами. Найпростішим таким приладом є вакуумний фотоелемент. Недоліками такого фотоелемента є: слабкий струм, мала чутливість до довгохвильового випромінювання, складність у виготовленні, неможливість використання в ланцюгах змінного струму. Застосовується у фотометрії для виміру сили світла, яскравості, освітленості, у кіно для відтворення звуку, у фототелеграфах і фототелефонах, у керуванні виробничими процесами.
Існують напівпровідникові фотоелементи, у яких під дією світла відбувається зміна концентрації носіїв струму. Вони використовуються при автоматичному керуванні електричними колами (наприклад, у турнікетах метро), у ланцюгах змінного струму, як непоновлювані джерела струму в годинниках, мікрокалькуляторах, проходять випробування перші сонячні автомобілі, використовуються в сонячних батареях на штучних супутниках Землі, міжпланетних і орбітальних автоматичних станціях.
З явищем фотоефекта зв’язані фотохімічні процеси, що протікають під дією світла у фотографічні матеріалах
Путівки на Кіпр 2011 ціни.