Fotoelektriline efekt ilmneb siis, kui aine kiirgab elektromagnetilise kiirguse, näiteks valguse footonite mõjul elektrone. Siit saate lähemalt vaadata, mis on fotoelektriline efekt ja kuidas see töötab.
Fotoelektrilise efekti ülevaade
Fotoelektrilist efekti uuritakse osaliselt, kuna see võib olla sissejuhatus laineosakeste duaalsus ja kvantmehaanika.
Kui pind puutub kokku piisavalt energilise elektromagnetilise energiaga, neeldub valgus ja elektronid eralduvad. Läbisagedus on erinevate materjalide puhul erinev. see on nähtav valgus leelismetallide, muude metallide ultraviolettvalguse ja mittemetallide ultraviolettkiirguse jaoks. Fotoelektriline efekt ilmneb footonitega, mille energia on vahemikus paarist elektrivoolust kuni 1 MeV. Kõrgetel footonienergiatel, mis on võrreldavad elektronide puhkeenergiaga 511 keV, võib tekkida Comptoni hajumine, paarisproduktsioon võib toimuda energiatel, mis on suuremad kui 1,022 MeV.
Einstein pakkus, et valgus koosnes kvantidest, mida me kutsume footoniteks. Ta tegi ettepaneku, et igas valguse kvantis sisalduv energia oleks võrdne konstandiga (Plancki konstant) korrutatud sagedusega ja et a Teatud läve ületava sagedusega footonil oleks piisavalt energiat ühe elektroni väljutamiseks, tootes fotoelektrit efekt. Selgub, et fotoelektrilise efekti selgitamiseks ei pea valgust kvantiseerima, vaid mõned õpikud väidavad endiselt, et fotoelektriline efekt näitab osakeste olemust valgus.
Einsteini võrrandid fotoelektrilise efekti jaoks
Einsteini fotoelektrilise efekti tõlgendamise tulemuseks on võrrandid, mis kehtivad nähtavale ja ultraviolettvalgus:
footoni energia = energia, mis on vajalik elektroni eemaldamiseks + väljastatud elektroni kineetiline energia
hν = W + E
kus
h on Plancki konstant
ν on juhtumi sagedus footon
W on tööfunktsioon, mis on minimaalne energia, mis on vajalik elektroni eemaldamiseks antud metalli pinnalt: hν0
E on maksimum kineetiline energia väljutatud elektronide arv: 1/2 mv2
ν0 on fotoelektrilise efekti lävisagedus
m on väljutatud elektroni ülejäänud mass
v on väljutatud elektroni kiirus
Kui langeva footoni energia on tööfunktsioonist väiksem, ei eraldu elektronid.
Kandideerimine Einsteini spetsiaalne relatiivsusteooria, osakese energia (E) ja impulsi (p) suhe on
E = [(tk)2 + (mc2)2](1/2)
kus m on osakese ülejäänud mass ja c on valguse kiirus vaakumis.
Fotoelektrilise efekti põhijooned
- Fotoelektronite väljutamise kiirus on otseselt võrdeline langeva kiirguse ja metalli sageduse suhtes langeva valguse intensiivsusega.
- Fotoelektroni esinemise ja emissiooni vaheline aeg on väga väike, alla 10–9 teine.
- Antud metalli puhul on langeva kiirguse minimaalne sagedus, millest madalamal fotoelektriline efekt ei toimu, seega ei saa fotoelektronid eralduda (lävisagedus).
- Künnissagedusest kõrgemal sõltub kiirgava fotoelektroni maksimaalne kineetiline energia langeva kiirguse sagedusest, kuid ei sõltu selle intensiivsusest.
- Kui langev valgus on lineaarselt polariseeritud, siis kiirgab eralduvate elektronide suundjaotus maksimaalselt polarisatsiooni suunas (elektrivälja suund).
Fotoelektrilise efekti võrdlemine teiste interaktsioonidega
Valguse ja mateeria vastastikmõjul on sõltuvalt langeva kiirguse energiast võimalikud mitmed protsessid. Fotoelektriline efekt tuleneb vähese energiatarbega valgust. Keskmise energiaga võib tekkida Thomsoni hajumine ja Komptoni hajumine. Suure energiatarbega valgus võib põhjustada paari tootmist.