Явление фотоэффекта

Явление фотоэффекта
Фотоэффект – это выбивание электронов из вещества падающим
светом.
Это явление было открыто Генрихом Герцем в 1887 году в ходе его
знаменитых экспериментов по излучению электромагнитных волн. Герц
использовал специальный зарядник – разрезанный пополам стержень с парой
металлических шариков на концах разреза. На стержень подавалось высокое
напряжение, и в промежутке между шариками проскакивала искра. Герц
обнаружил,
что
при
облучении
отрицательно
заряженного
шарика
ультрафиолетовым светом проскакивание искры облегчалось. Герц, однако,
был поглощен исследованием электромагнитных волн и не принял данный
факт во внимание. Год спустя фотоэффект был независимо открыт русским
физиком
Александром
Григорьевичем
Столетовым.
Тщательные
экспериментальные исследования, проведенные Столетовым в течение двух
лет, позволили сформулировать основные законы фотоэффекта.
На рубеже XIX и XX столетий в физике возникла тупиковая ситуация:
электродинамика, предсказавшая существование электромагнитных волн и
великолепно работающая в диапазоне радиоволн, отказалась объяснять
явление фотоэффекта. Выход из этого тупика был найден Альбертом
Эйнштейном в 1905 году. Он нашел простое уравнение, описывающее
фотоэффект, используя смелую гипотезу Макса Планка о квантах, и законы
фотоэффекта, выведенные Столетовым, оказались следствиями уравнения
Эйнштейна.
Применение фотоэффекта в фотоэлементах основано на факте
изменения проводимости при изменении освещенности. В основном
фотоэлементы используются в системах контроля и учета, например, готовой
продукции. Другое их назначение – контроль попадания объекта в запретную
зону. Если рука оператора пресса попадает в рабочую зону, то пресс сразу
останавливается. Это срабатывает фотоэлемент. Такое же устройство стоит в
турникете в метро: если оплата произведена (фотоэлемент отключен), то
проход открыт, если нет (фотоэлемент включен), то закрыт.
Другой возможностью является применение фотоэффекта в качестве
источника тока, или солнечных батарей. Солнечная батарея представляет
собой твердотельное электрическое устройство, предназначенное для
преобразования солнечной энергии в электрическую. Каждая солнечная
батарея
состоит из
солнечных
ячеек.
Работает такой
фотоэлемент
следующим образом:
1. Фотоны ударяются о поверхность солнечной батареи и поглощаются ее
рабочим материалом, например, кремнием.
2. Фотоны, сталкиваясь с атомами вещества, выбивают из него
электроны, в результате чего возникает разность потенциалов.
Свободные электроны начинают двигаться внутри вещества, чтобы
погасить разность потенциалов. Возникает электрический ток.
В
подобных
устройствах
работа
основана
на
разновидности
внутреннего фотоэффекта, называемого вентильным.
При создании модели этого физического явления мы использовали
старые садовые светильники, вышедшие из строя. Нам удалось из четырех
светильников собрать два рабочих. Таким образом, у нас получилась
электрическая схема, показанная на рисунке 1.
L
1
DD1
F1
1 2
3 4
V
D
1
S
O
1
G
B
1
Рис.1. Электрическая схема светильника.
На последующих фотографиях можно увидеть процесс создания
модели.