تأثير الصورة - مواد للتحضير لامتحان الدولة الموحدة في الفيزياء. قوانين التأثير الكهروضوئي الخارجي

لقد طرح فرضية: ينبعث الضوء ويتم امتصاصه في أجزاء منفصلة - الكميات (أو الفوتونات). يتم تحديد طاقة كل فوتون بواسطة الصيغة ه= ح ν ، أين ح -ثابت بلانك يساوي 6.63. 10 -34 ج.س، ν - تردد الضوء . فسرت فرضية بلانك العديد من الظواهر: على وجه الخصوص، ظاهرة التأثير الكهروضوئي، التي اكتشفها العالم الألماني هاينريش هيرتز عام 1887 ودرسها تجريبيًا العالم الروسي أ.ج.ستوليتوف.

تأثير الصورة — وهي ظاهرة انبعاث الإلكترونات من مادة ما تحت تأثير الضوء.

ونتيجة للبحث، تم إنشاء ثلاثة قوانين للتأثير الكهروضوئي:

1. تتناسب قوة تيار التشبع طرديا مع شدة الإشعاع الضوئي الساقط على سطح الجسم.

2. الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية تزداد خطيا مع تردد الضوء ولا تعتمد على شدته.

3. إذا كان تردد الضوء أقل من الحد الأدنى للتردد المحدد لمادة معينة، فإن التأثير الكهروضوئي لا يحدث.

يظهر اعتماد التيار الكهروضوئي على الجهد في الشكل 36.

تم إنشاء نظرية التأثير الكهروضوئي من قبل العالم الألماني أ. أينشتاين في عام 1905. وترتكز نظرية أينشتاين على مفهوم وظيفة عمل الإلكترونات من المعدن ومفهوم الإشعاع الكمي للضوء. وفقًا لنظرية أينشتاين، فإن التأثير الكهروضوئي له التفسير التالي: بامتصاص كمية من الضوء، يكتسب الإلكترون طاقة hv.عند مغادرة المعدن، تنخفض طاقة كل إلكترون بمقدار معين، وهو ما يسمى الية عمل(آه خارج). دالة الشغل هي الشغل المطلوب لإزالة إلكترون من فلز. الطاقة القصوى للإلكترونات بعد المغادرة (إذا لم تكن هناك خسائر أخرى) لها الشكل: mv 2 /2 = hv - خرج،هذه المعادلة تسمى معادلة أينشتاين .

لو hν< لكن التأثير الكهروضوئي لا يحدث. وسائل، حدود تأثير الصورة الحمراءيساوي ν دقيقة =الإخراج / ساعة

تسمى الأجهزة القائمة على مبدأ التأثير الكهروضوئي عناصر الصورة.أبسط هذه الأجهزة هو خلية ضوئية فراغية. عيوب هذه الخلية الكهروضوئية هي: تيار منخفض، حساسية منخفضة للإشعاع طويل الموجة، صعوبة التصنيع، استحالة استخدامها في دوائر التيار المتردد. يتم استخدامه في قياس الضوء لقياس شدة الإضاءة والسطوع والإضاءة، وفي السينما لإعادة إنتاج الصوت، وفي أجهزة التلغراف الضوئية والهواتف الضوئية، وفي التحكم في عمليات الإنتاج.

هناك خلايا ضوئية شبه موصلة يتغير فيها تركيز حاملات التيار تحت تأثير الضوء، وتستخدم في التحكم الآلي في الدوائر الكهربائية (على سبيل المثال، في بوابات مترو الأنفاق)، وفي دوائر التيار المتردد، وكتيار غير متجدد. يتم اختبار المصادر في الساعات والحاسبات الدقيقة والسيارات الشمسية الأولى، وتستخدم في البطاريات الشمسية على الأقمار الصناعية الأرضية والمحطات الأوتوماتيكية بين الكواكب والمدارية.

ترتبط ظاهرة التأثير الكهروضوئي بالعمليات الكيميائية الضوئية التي تحدث تحت تأثير الضوء في المواد الفوتوغرافية.

هذه مجموعة من الطرق لقياس درجة حرارة الأجسام بناءً على قوانين الإشعاع الحراري. الأجهزة المستخدمة لهذا تسمى البيرومترات.

تعتبر هذه الطرق ملائمة للغاية لقياس درجات حرارة الأجسام المختلفة حيث يكون من الصعب أو حتى من المستحيل استخدام أجهزة استشعار الاتصال التقليدية. وهذا ينطبق في المقام الأول على قياس درجات الحرارة المرتفعة.

في قياس البيرومتر البصري، يتم تمييز درجات حرارة الجسم التالية: الإشعاع (عندما يتم القياس في نطاق واسع من الأطوال الموجية)، واللون (عندما يكون في نطاق ضيق - نطاق الضوء المرئي)، والسطوع (عند طول موجة واحد).

1. درجة حرارة الإشعاع تي ص - هي درجة حرارة الجسم الأسود بالكامل الذي يشع فيه لمعانه النشط ريساوي لمعان الطاقة جمهورية مقدونيالجسم معين على نطاق واسع من الأطوال الموجية.

إذا قمنا بقياس الطاقة المنبعثة من جسم معين لكل وحدة سطح في نطاق واسع بما فيه الكفاية من الموجات وقارنا قيمتها مع لمعان الطاقة لجسم أسود تمامًا، فيمكننا باستخدام الصيغة (11) حساب درجة حرارة هذا الجسم مثل

يتم تحديد درجة الحرارة بهذه الطريقة TPسوف تتوافق بدقة تامة مع درجة الحرارة الحقيقية تفقط إذا كان الجسم قيد الدراسة أسود بالكامل.

بالنسبة للجسم الرمادي، يمكن كتابة قانون ستيفان-بولتزمان على النحو التالي:

R م (T) = α T σT 4 ; أين ألفا ت< 1.

استبدال هذا التعبير في الصيغة (1) نحصل عليه

بالنسبة لجسم رمادي، تبين أن قيمة درجة حرارة الإشعاع أقل من قيمتها ( TP< ت)، أي. درجة الحرارة الحقيقية للجسم الرمادي تكون دائمًا أعلى من درجة حرارة الإشعاع.

2. درجة حرارة اللون تي ج - هذه هي درجة حرارة الجسم الأسود تمامًا، حيث تكون التوزيعات النسبية للكثافة الطيفية لإضاءة طاقة هذا الجسم والجسم المعني قريبة قدر الإمكان في المنطقة المرئية من الطيف.

عادة، لتحديد درجة حرارة اللون، يتم اختيار الأطوال الموجية 1 = 655 نانومتر (أحمر)، 2 = 470 نانومتر (أخضر-أزرق). تتناسب الكثافة الطيفية لمعان الطاقة للأجسام الرمادية (أو الأجسام المشابهة لها في الخصائص)، بدقة مع معامل ثابت (معامل الامتصاص أحادي اللون)، مع الكثافة الطيفية لمعان الطاقة لجسم أسود تمامًا. وبالتالي، فإن توزيع الطاقة في طيف الجسم الرمادي هو نفسه كما هو الحال في طيف الجسم الأسود تمامًا عند نفس درجة الحرارة.

لتحديد درجة حرارة الجسم الرمادي، يكفي قياس الطاقة أنا (،،T)، المنبعثة من سطح وحدة الجسم في نطاق طيفي ضيق إلى حد ما (متناسب ص ( ، تي ))، لموجتين مختلفتين. سلوك أنا (،،T)لطولين موجيين يساوي نسبة التبعيات و (،T،T)لهذه الموجات التي يكون شكلها بالصيغة (2) من الفقرة السابقة:

(2)

ومن هذه المساواة يمكننا الحصول على درجة الحرارة رياضيا ت. تسمى درجة الحرارة التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة درجة حرارة اللون. درجة حرارة لون الجسم، التي تحددها الصيغة (2)، سوف تتوافق مع درجة الحرارة الحقيقية.

يمكن أيضًا العثور على درجة حرارة اللون لجسم رمادي، والتي تتطابق مع اللون الحقيقي، من قانون الإزاحة في فيينا.

3. درجة حرارة السطوع (تي) جسم معين هي درجة حرارة جسم أسود تمامًا تكون فيه كثافته الطيفية لمعان الطاقة f (، T)، لأي طول موجي معين، مساوية للكثافة الطيفية، لمعان الطاقة r (، T) لجسم معين الجسم لنفس الطول الموجي.

نظرًا لأن الكثافة الطيفية لجسم غير أسود عند درجة حرارة معينة ستكون دائمًا أقل من كثافة الجسم الأسود تمامًا، فإن درجة الحرارة الحقيقية للجسم ستكون دائمًا أعلى من السطوع.

يستخدم كبيرومتر للسطوع اختفاء البيرومتر الفتيل. يعتمد مبدأ تحديد درجة الحرارة على المقارنة المرئية لسطوع الفتيل الساخن لمصباح البيرومتر مع سطوع صورة الكائن قيد الدراسة. يتم ملاحظة مساواة السطوع من خلال مرشح أحادي اللون (عادةً ما يتم إجراء القياسات عند الطول الموجي λ = 660 نانومتر)، يتم تحديده من خلال اختفاء صورة خيوط المصباح الحراري على خلفية صورة جسم ساخن. يتم تنظيم خيوط مصباح البيرومتر بواسطة مقاومة متغيرة، ويتم تحديد درجة حرارة الفتيل من خلال رسم بياني أو جدول معايرة.

دعونا، نتيجة للقياسات، نحصل على مساواة في سطوع خيوط البيرومتر والجسم قيد الدراسة، ومن الرسم البياني، نحدد درجة حرارة خيوط البيرومتر تي 1. ثم بناءً على الصيغة (3) يمكننا أن نكتب:

و (،،T 1)ألفا 1 (،T 1) = و (،T 2)ألفا 2 (ل، ت 2),

حيث ألفا 1 (،،ت 1)وألفا 2 (ل،ت 2)معاملات الامتصاص أحادية اللون لمادة خيوط البيرومتر والجسم قيد الدراسة، على التوالي. تي 1و تي 2- درجة حرارة خيوط البيرومتر والجسم. كما يتبين من هذه الصيغة، لن يتم ملاحظة تساوي درجات حرارة الجسم وخيط البيرومتر إلا عندما تكون معاملات الامتصاص أحادية اللون في المنطقة الطيفية المرصودة α 1 متساوية (،،ت 1)= ألفا 2 (ل،ت 2). إذا أ 1 (،،ت 1)> ألفا 2 (ل،ت 2), سنحصل على قيمة أقل من درجة حرارة الجسم، وبالعلاقة المعاكسة سنحصل على قيمة درجة حرارة مبالغ فيها.

تأثير ضوئي خارجيهي ظاهرة انبعاث الإلكترونات من مادة ما تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. تأثير ضوئي داخليوتسمى ظاهرة ظهور الإلكترونات الحرة في مادة ما (أشباه الموصلات) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي، حيث تصبح الإلكترونات المرتبطة (أو التكافؤ) حرة (داخل المادة). ونتيجة لذلك، تقل مقاومة المادة.

قوانين التأثير الكهروضوئي الخارجي:

1. مع التركيب الطيفي الثابت للإشعاع، فإن قوة تيار التشبع (أو عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الكاثود لكل وحدة زمنية) تتناسب طرديًا مع حادث تدفق الإشعاع على الكاثود الضوئي (كثافة الإشعاع).

2. بالنسبة للكاثود الضوئي المحدد، يتم تحديد السرعة الأولية القصوى للإلكترونات الضوئية، وبالتالي الطاقة الحركية القصوى لها، من خلال تردد الإشعاع ولا تعتمد على شدته.

3. لكل مادة حد أحمر للتأثير الكهروضوئي، أي. الحد الأدنى من تردد الإشعاع ν 0 , حيث لا يزال من الممكن حدوث تأثير كهروضوئي خارجي. لاحظ أن القيمة ν 0 يعتمد ذلك على مادة الكاثود الضوئي وحالة سطحه.

إن تفسير التأثير الكهروضوئي الخارجي من وجهة نظر النظرية الموجية للضوء يتناقض مع البيانات التجريبية. وفقًا للنظرية الموجية، تحت تأثير مجال الموجة الكهرومغناطيسية في المعدن، تنشأ تذبذبات قسرية للإلكترونات في الذرة بسعة أكبر، كلما زادت سعة متجه قوة المجال الكهربائي للموجة ه س(وبالتالي شدة الضوء I~E o 2).

ونتيجة لذلك، يمكن للإلكترونات أن تتحرك داخل وخارج المعدن، أي. يمكن ملاحظة تأثير كهروضوئي خارجي. يجب أن تكون سرعة الإلكترونات المنبعثة أعلى، أي. يجب أن تعتمد الطاقة الحركية للإلكترونات الضوئية على شدة الإشعاع، وهو ما يتعارض مع البيانات التجريبية. وفقا لهذه النظرية، فإن الإشعاع من أي تردد، ولكن بكثافة عالية بما فيه الكفاية، يجب أن يمزق الإلكترونات من المعدن، أي. لا ينبغي أن يكون هناك حدود حمراء للتأثير الكهروضوئي.

أظهر A. Einstein في عام 1905 أنه يمكن تفسير ظاهرة التأثير الكهروضوئي وقوانينها على أساس نظرية الكم لـ M. Planck. وفقًا لأينشتاين، فإن الضوء (الإشعاع) ذو التردد ν لا ينبعث فقط، كما افترض م. بلانك، ولكنه ينتشر أيضًا في الفضاء وتمتصه المادة في أجزاء منفصلة (الكمات)، والتي تكون طاقتها

ه س = حν, (1)

أين ح= 6.626176*10 -34 J × s - ثابت بلانك،

وفي وقت لاحق، تم استدعاء الكميات الإشعاعية الفوتونات. ووفقا لأينشتاين، فإن كل كم يمتص بواسطة إلكترون واحد فقط. إذا كانت الطاقة الكمومية أكبر من دالة عمل الإلكترون من المعدن، أي. hν >= خارج،عندها يمكن للإلكترون أن يترك سطح المعدن. يتم استخدام ما تبقى من الطاقة الكمومية لإنشاء الطاقة الحركية للإلكترون الذي يترك المادة. إذا تم إطلاق الإلكترون عن طريق الإشعاع ليس على السطح نفسه، ولكن على عمق ما، فقد يتم فقدان جزء من الطاقة المستلمة بسبب الاصطدامات العشوائية للإلكترون في المادة، وستكون طاقته الحركية أقل. وبالتالي فإن طاقة الحادث الكمي الإشعاعي على المادة تنفق على الإلكترون الذي يؤدي وظيفة الشغل وينقل الطاقة الحركية إلى الإلكترون الضوئي المنبعث.

سيتم التعبير عن قانون الحفاظ على الطاقة لمثل هذه العملية بالمساواة

(2)

تسمى هذه المعادلة معادلة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي الخارجي.

ويترتب على ذلك مباشرة من معادلة أينشتاين أن الطاقة الحركية القصوى أو سرعة الإلكترون الضوئي تعتمد على تردد الإشعاع. ومع انخفاض تردد الإشعاع، تنخفض الطاقة الحركية ويمكن أن تصبح عند تردد معين صفرًا. معادلة أينشتاين في هذه الحالة سيكون لها الشكل

ح ν 0 = خارج.

سيكون للتردد ν 0 المقابل لهذه العلاقة قيمة دنيا وهو الحد الأحمر للتأثير الكهروضوئي. ومن الأخير يتضح أن الحد الأحمر للتأثير الكهروضوئي يتحدد بوظيفة عمل الإلكترون ويعتمد على الطبيعة الكيميائية للمادة وحالة سطحها. يمكن حساب الطول الموجي المقابل للحافة الحمراء للتأثير الكهروضوئي باستخدام الصيغة . عندما يكون< А вых фотоэффект прекращается. Число высвобождаемых вследствие фотоэффекта электронов должно быть пропорционально числу падающих на поверхность вещества квантов излучения, а, следовательно, потоку излучения F.

ومع اختراع الليزر تم الحصول على قوى إشعاعية عالية، وفي هذه الحالة يمكن للإلكترون الواحد أن يمتص إلكترونين أو أكثر (ن)الفوتونات (ن = 2…7).وتسمى هذه الظاهرة التأثير الكهروضوئي متعدد الفوتون (غير الخطي).معادلة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي متعدد الفوتونات لها الشكل

في هذه الحالة، قد تتحول الحافة الحمراء للتأثير الكهروضوئي نحو الأطوال الموجية الأطول.

طبيعة الاعتماد على التيار الضوئي أناعلى الفرق المحتمل بين الأنود والكاثود ش(خاصية فولت أمبير أو خاصية الجهد الحالي) عند تدفق ثابت للإشعاع إلى الكاثود الضوئي للإشعاع أحادي اللون في الشكل. 1.

وجود تيار ضوئي عند الجهد ش = 0يفسر ذلك حقيقة أن الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الكاثود لها سرعة أولية معينة، وبالتالي طاقة حركية، وبالتالي يمكنها الوصول إلى الأنود بدون مجال كهربائي خارجي. كلما زادت القيمة ش(في حالة وجود إمكانات إيجابية عند الأنود) يزداد التيار الضوئي تدريجيًا، أي. يصل عدد متزايد من الإلكترونات الضوئية إلى القطب الموجب.

تشير الطبيعة المسطحة لهذا القسم من خاصية الجهد الحالي إلى أن الإلكترونات تطير خارج الكاثود بسرعات مختلفة. القيمة القصوى للتيار الضوئي، تسمى تيار التشبع أنا لنا، يتم تحقيق هذه القيمة ش،حيث تهبط جميع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود على القطب الموجب. معنى أنا لنا.يتحدد بعدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الكاثود لكل 1 ثانيةويعتمد على حجم حادث تدفق الإشعاع على الكاثود الضوئي.

إذا كان للأنود جهد سلبي، فإن المجال الكهربائي الناتج يمنع حركة الإلكترونات الضوئية. وهذا يؤدي إلى انخفاض في عدد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب، وبالتالي انخفاض في التيار الكهروضوئي. الحد الأدنى لقيمة الجهد للقطبية السالبة التي لا يمكن عندها لأي من الإلكترونات، حتى تلك ذات السرعة القصوى عند مغادرة الكاثود، الوصول إلى الأنود، أي. يصبح التيار الضوئي صفراً ويسمى تأخير الجهد U o .

ترتبط قيمة جهد التثبيط بالطاقة الحركية القصوى الأولية للإلكترونات بالعلاقة

وبأخذ هذا في الاعتبار، يمكن أيضًا كتابة معادلة أينشتاين على الصورة

hν = خرج + الاتحاد الأوروبي 0 .

إذا قمنا بتغيير حجم التدفق الإشعاعي الساقط على الكاثود عند نفس التركيب الطيفي، فإن خصائص الجهد الحالي سيكون لها الشكل الموضح في الشكل. 2.

إذا، مع قيمة ثابتة لتدفق الإشعاع، يتغير تركيبه الطيفي، أي. تردد الإشعاع، فإن خصائص الجهد الحالي سوف تتغير، كما هو مبين في الشكل 3.

ش 0 0 ش ش 03 ش 02 ش 01 0 ش

F 3 > F 2 > F 1 n = const n 3 > n 2 > n 1 F = const

تأثير الصورة، مجموعة من الظواهر المرتبطة بإطلاق إلكترونات الجسم الصلب من الروابط داخل الذرة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. هناك: 1) التأثير الكهروضوئي الخارجي، أو الانبعاث الكهروضوئي، انبعاث الإلكترونات من السطح... ... الموسوعة الحديثة

ظاهرة مرتبطة بإطلاق الإلكترونات من مادة صلبة (أو سائلة) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. هناك:..1) التأثير الكهروضوئي الخارجي، انبعاث الإلكترونات تحت تأثير الضوء (انبعاث الإلكترون الضوئي)، ؟ الإشعاع، الخ؛..2)… ... القاموس الموسوعي الكبير

انبعاث الإلكترونات في الهواء تحت تأثير الكهرباء. ماج. إشعاع. F. تم افتتاحه عام 1887. الفيزيائي ج.هيرتز. الصناديق الأولى. تم إجراء بحث F. بواسطة A. G. Stoletov (1888)، ثم الألمانية. الفيزيائي ف. لينارد (1899). الأول نظري. شرح القوانين... الموسوعة الفيزيائية

الاسم، عدد المرادفات: 2 تأثير الصورة (1) تأثير (29) قاموس مرادفات ASIS. ف.ن. تريشين. 2013… قاموس المرادفات

تأثير الصورة- - [V. A. سيمينوف. قاموس إنجليزي-روسي لحماية التتابع] موضوعات حماية التتابع EN photoeffect ... دليل المترجم الفني

تأثير الصورة- (1) توليد القوة الدافعة الكهربائية بالصمام (photoEMF) بين اثنين من أشباه الموصلات المختلفتين أو بين شبه موصل ومعدن تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي؛ (2) واو - الانبعاث الخارجي (انبعاث الإلكترون الضوئي) للإلكترونات مع ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

أ؛ م فيز. التغيرات في خصائص المادة تحت تأثير الطاقة الضوئية. التأثير الكهروضوئي. * * * التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة مرتبطة بإطلاق الإلكترونات من مادة صلبة (أو سائلة) تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. يميز:... ... القاموس الموسوعي

انبعاث الإلكترونات من مادة ما تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي (الفوتونات). تم اكتشاف F. في عام 1887 على يد ج.هيرتز. تم إجراء الدراسات الأساسية الأولى لـ F بواسطة A. G. Stoletov (1888). وأثبت أنه في حدوث التيار الكهروضوئي في ... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

- (انظر الصورة... + تأثر) جسديا. تغير في الخواص الكهربائية للمادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء، الأشعة فوق البنفسجية، الأشعة السينية والأشعة الأخرى)، على سبيل المثال، انبعاث الإلكترونات إلى الخارج تحت تأثير الضوء (خارجي f.)، تغير . .. ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

كتب

• ، ملاحظة. تارتاكوفسكي. مستنسخة بتهجئة المؤلف الأصلية لطبعة عام 1940 (دار نشر GITTL). في…
• التأثير الكهروضوئي الداخلي في العوازل الكهربائية، ملاحظة: تارتاكوفسكي. سيتم إنتاج هذا الكتاب وفقًا لطلبك باستخدام تقنية الطباعة عند الطلب. مستنسخة بتهجئة المؤلف الأصلية لطبعة عام 1940 (دار نشر GITTL...

صفحة 1

إن ظاهرة التأثير الكهروضوئي، التي اكتشفها هيرتز عام 1887 ودرسها بالتفصيل أ.ج.ستوليتوف، هي أن المعادن (أو أشباه الموصلات) تنبعث منها إلكترونات عند تعرضها للضوء. من المستحيل تفسير التأثير الكهروضوئي بناءً على النظرية الموجية للضوء. ومع ذلك، يتم ملاحظة انبعاث الإلكترونات مباشرة بعد إضاءة المعدن. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا للنظرية الموجية، يجب أن تكون طاقة الإلكترونات E3 المنبعثة من المعدن متناسبة مع شدة الضوء الساقط. ومع ذلك، فقد وجد أن Ee لا يعتمد على شدة الضوء، بل يعتمد على تردده، ويزداد بزيادة v؛ الزيادة في الكثافة تؤدي فقط إلى زيادة عدد الإلكترونات المنبعثة من المعدن.

تتمثل ظاهرة التأثير الكهروضوئي في قذف الإلكترونات من المادة عن طريق سقوط الضوء عليها. الملامح الرئيسية لهذه الظاهرة هي كما يلي. يطلق شعاع الضوء الساقط على سطح المعدن إلكترونات من المعدن، بشرط أن يكون تردد الضوء أعلى من قيمة حرجة معينة، وذلك حسب نوع المعدن. يتناسب عدد الإلكترونات المنبعثة لكل وحدة زمنية، مع التركيب الطيفي الثابت للإشعاع، مع تدفق الضوء الساقط على سطح المعدن.

الخصائص الثابتة للثنائي الضوئي الجرمانيوم.

يمكن أيضًا استخدام ظاهرة التأثير الكهروضوئي في الوصلة pn التي يطبق عليها جهد عكسي.

يتم الكشف عن ظاهرة التأثير الكهروضوئي من خلال إضاءة لوحة من الزنك متصلة بقضيب مقياس الكهربية.

ظاهرة التأثير الكهروضوئي، التي اكتشفها A. G. ستوليتوف عام 1889، هي أن المعادن (أو أشباه الموصلات) تنبعث منها إلكترونات عند تعرضها للضوء. من المستحيل تفسير التأثير الكهروضوئي بناءً على النظرية الموجية للضوء. ومع ذلك، يتم ملاحظة انبعاث الإلكترونات مباشرة بعد إضاءة المعدن. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا للنظرية الموجية، يجب أن تكون طاقة الإلكترونات المنبعثة من المعدن متناسبة مع شدة الضوء الساقط. ومع ذلك، فقد وجد أن Ee لا يعتمد على شدة الضوء، بل يعتمد على تردده، ويزداد بزيادة v؛ الزيادة في الكثافة تؤدي فقط إلى زيادة عدد الإلكترونات المنبعثة من المعدن.

ظاهرة التأثير الكهروضوئي، التي اكتشفها A. G. ستوليتوف في عام 1888، هي أنه تحت تأثير الضوء، تنبعث الإلكترونات من سطح الهيئات المختلفة، ونتيجة لذلك يكتسب هذا الجسم تهمة. علاوة على ذلك، لا يتم ملاحظة هذه الظاهرة إلا إذا كانت طاقة الكم الضوئي أكبر من الشغل المطلوب لإزالة إلكترون من سطح مادة معينة ونقل بعض الطاقة الحركية إليها.

وظاهرة التأثير الكهروضوئي هي أن أشعة الضوء التي تسقط على أي جسم (مهما كانت طبيعته الكيميائية وحالته الفيزيائية) تطرد الإلكترونات منه.

تم اكتشاف ظاهرة التأثير الكهروضوئي لأول مرة في عام 1819 من قبل الكيميائي الروسي جروثوس.

وقد لاحظ هيرتز ظاهرة التأثير الكهروضوئي لأول مرة في عام 1887. واكتشف هيرتز أن تشعيع فجوة الشرارة بالأشعة فوق البنفسجية يسهل عملية التفريغ.

جوهر التأثير الكهروضوئي هو أنه عندما يضيء سطح المعادن أو أشباه الموصلات، فإن جزيئات الطاقة المشعة تخترق الطبقات السطحية للجسم المضيء وتنقل طاقة إضافية إلى إلكتروناته. ونتيجة لذلك تبدأ إلكترونات الجسم المضيء بالتحرك بسرعات عالية وتترك مداراتها الطبيعية للحركة. تسمى ظاهرة تسارع حركة إلكترونات الجسم المضيء تحت تأثير الطاقة المشعة بالتأثير الكهروضوئي.

في التأثير الكهروضوئي، يتم تأخير الإلكترونات المنبعثة من سطح المعدن عن طريق الإشعاع بتردد 2 - 104 هرتز تمامًا بواسطة مجال الكبح عند فرق جهد قدره 7 فولت، وعلى تردد 4 - 101 هرتز - عند فرق جهد. من 15 فولت.

التأثير الكهروضوئي الداخليتم اكتشافه في عام 1873 من قبل الأمريكي دبليو سميث والإنجليزي جي ماي. وهذا هو، في وقت سابق من التأثير الكهروضوئي الخارجي.

لمراقبة التأثير الكهروضوئي الداخلي في بيئة مدرسية، يمكنك استخدام الثنائي الضوئي (يجب عدم الخلط بينه وبين LED) أو ترانزستور قديم بغطاء معدني مقطوع بعناية للسماح للضوء بالدخول إلى بلورة أشباه الموصلات. إذا قمت بتوصيله بمقوم وجلفانومتر، فيمكنك ملاحظة كيف تزداد موصلية البلورة بشكل حاد، حتى في وضح النهار. وتسمى هذه الموصلية الموصلية الضوئية.

إن قوانين التأثير الكهروضوئي الداخلي أكثر تعقيدا بكثير من قوانين التأثير الخارجي، ولن نتناولها هنا. ولكننا نلاحظ أنها تعتمد على مفاهيم التكافؤ والمستويات الإلكترونية وغيرها المعروفة لكم من الكيمياء، وتسمح لنا بتفسير حدوث التأثير الكهروضوئي في أشباه الموصلات.

وجد التأثير الكهروضوئي الخارجي تطبيقًا في التكنولوجيا في النصف الأول من القرن العشرين. هذا بالطبع صوت السينما الصامتة سابقًا. تتيح لك الخلية الكهروضوئية تحويل الصوت "المصور" على الفيلم إلى صوت مسموع. يمر ضوء المصباح العادي عبر المسار الصوتي للفيلم، ويتغير ويضرب الخلية الكهروضوئية (انظر الصورة). كلما مر المزيد من الضوء عبر المسار، كلما كان الصوت الصادر من مكبر الصوت أعلى. في الطبيعة غير الحية، يتجلى التأثير الكهروضوئي الخارجي على مدى ملايين السنين على نطاق كوكبي. يؤدي الإشعاع الشمسي القوي، الذي يؤثر على ذرات وجزيئات الغلاف الجوي للأرض، إلى إخراج الإلكترونات منها، أي تأين الطبقات العليا من الغلاف الجوي.

يُستخدم التأثير الضوئي الداخلي حاليًا في التكنولوجيا أكثر بكثير من التأثير الخارجي. على سبيل المثال، يقوم بتحويل الضوء إلى تيار كهربائي في الخلايا الكهروضوئية والألواح الشمسية الضخمة على المركبات الفضائية. يعمل التأثير الضوئي أيضًا في أجهزة خاصة حساسة للضوء، مثل المقاومات الضوئية، والثنائيات الضوئية، والترانزستورات الضوئية. بفضل هذا، يمكنك حساب الأجزاء الموجودة على الناقل أو تشغيل وإيقاف الآليات المختلفة تلقائيًا (الإشارات، إضاءة الشوارع، الفتح التلقائي للأبواب، وما إلى ذلك). وأيضًا، بفضل التأثير الكهروضوئي الداخلي، من الممكن تحويل الصور إلى إشارات كهربائية ونقلها عبر مسافة (تلفزيون).

إن التطبيق الأكثر اتساعًا للتأثير الكهروضوئي اليوم هو بناء محطات الطاقة الشمسية بالفعل، بالإضافة إلى مشاريع بناء محطات جديدة من هذا القبيل بسعة تصل إلى عدة مئات من ميغاوات. ويقدر الخبراء أنه في عام 2020، سيتم إنتاج ما يصل إلى 20% من الكهرباء في العالم من خلال التحويل الكهروضوئي للطاقة الشمسية على الأرض وفي الفضاء.

(ج) 2012. ليوكينا تاتيانا فيتاليفنا (منطقة كيميروفو، لينينسك-كوزنتسكي)