Foto effekt. Foto effekt turlari

Tashqi fotoeffekt qonunlari

Termal nurlanish bilan bir qatorda klassik fizika doirasiga to'g'ri kelmaydigan hodisa fotoelektr effektidir.

Tashqi fotoelektr effekti - bu elektromagnit to'lqinlar bilan nurlanish paytida moddaning elektronlar emissiyasi hodisasi.

Foto effektni Xertz 1887 yilda kashf qilgan. U rux sharlari orasidagi uchqun uchqunlar orasidagi bo'shliqni yorug'lik bilan nurlantirish orqali osonlashganini payqadi. Stoletov 1888 yilda eksperimental ravishda tashqi fotoelektrik ta'sir qonunini o'rgangan. Fotoelektr effektini o'rganish sxemasi 1 -rasmda ko'rsatilgan.

Katod va anod vakuum trubkasida joylashgan, chunki metall yuzasining ozgina ifloslanishi elektronlarning emissiyasiga ta'sir qiladi. Katod kvarts oynasi orqali monoxromatik yorug'lik bilan yoritilgan (kvarts, oddiy oynadan farqli o'laroq, ultrabinafsha nurni uzatadi). Anod va katod orasidagi kuchlanish potentsiometr bilan tartibga solinadi va voltmetr bilan o'lchanadi. Ikkita saqlash batareyasi va ular bir -biriga ulangan bo'lib, potentsiometr yordamida kuchlanishning belgisini o'zgartirishi mumkin. Fototokning kuchi galvanometr bilan o'lchanadi.

2 -rasm. katodning va () har xil yoritilishiga mos keladigan fototok kuchining kuchlanishga bog'liqlik egri chiziqlari ko'rsatilgan. Ikkala holatda ham yorug'lik chastotasi bir xil bo'ladi.

elektronning zaryadi va massasi qayerda va qayerda.

Kuchlanish oshgani sayin fotoelektrlar anodga borgan sari ortadi. Fototokning maksimal qiymati to'yinganlik fototoki deyiladi. Bu katoddan chiqarilgan barcha elektronlar anodga etib boradigan kuchlanish qiymatlariga mos keladi: bu erda 1 soniyada katoddan chiqadigan fotoelektronlar soni.

Stoletov fotoelektr effektining quyidagi qonunlarini empirik tarzda o'rnatdi:

Ikkinchi va uchinchi qonunlarni tushuntirishda jiddiy qiyinchiliklar yuzaga keldi. Elektromagnit nazariyaga ko'ra, metalldan erkin elektronlarning chiqib ketishi ularning to'lqinning elektr maydonida "tebranishi" natijasi bo'lishi kerak. Keyin nima uchun chiqayotgan elektronlarning maksimal tezligi yorug'lik chastotasiga bog'liqligi aniq emas, elektr maydonining vektori tebranishlarining amplitudasiga va u bilan bog'liq to'lqin intensivligiga bog'liq emas. Fotoelektrik effektning ikkinchi va uchinchi qonunlarini talqin qilishdagi qiyinchiliklar yorug'lik to'lqin nazariyasining universal qo'llanilishiga shubha uyg'otdi.

Fotoelektr effekti uchun Eynshteyn tenglamasi

1905 yilda Eynshteyn taklif qilgan kvant nazariyasi yordamida fotoelektrik ta'sir qonunlarini tushuntirdi. Chastotali yorug'lik nafaqat Plank taklif qilganidek, balki ma'lum qismlarda (kvantlar) materiya tomonidan ham so'riladi. Yorug'lik - yorug'lik tezligida harakatlanadigan diskret yorug'lik kvantlari (fotonlar) oqimi. Kvant energiyasi tengdir. Har bir kvant faqat bitta elektron tomonidan so'riladi. Shuning uchun chiqarilgan elektronlar soni yorug'lik intensivligiga mutanosib bo'lishi kerak (fotoeffektning 1 qonuni).

Voqea sodir bo'lgan fotonning energiyasi metalldan elektronning vazifasini bajarishga va chiqarilgan fotoelektronga kinetik energiyani berishga sarflanadi:

(2) tenglama tashqi fotoelektr effekti uchun Eynshteyn tenglamasi deb ataladi. Eynshteyn tenglamasi fotoeffektning ikkinchi va uchinchi qonunlarini tushuntiradi. Tenglama (2) to'g'ridan -to'g'ri tushayotgan yorug'lik chastotasining oshishi bilan maksimal kinetik energiya oshishini bildiradi. Kamayish chastotasi bilan kinetik energiya kamayadi va ma'lum chastotada u nolga teng bo'ladi va fotoeffekt to'xtaydi (). Bu yerdan

yutilgan fotonlar soni qayerda.

Bunday holda, fotoelektrik effektning qizil chegarasi past chastotalarga o'tadi:

.

(5)

Tashqi fotoelektrik effektdan tashqari, ichki fotoelektrik effekt ham ma'lum. Qattiq va suyuq yarimo'tkazgichlar va dielektriklar nurlantirilganda, bog'langan holatdagi elektronlar erkin holatga o'tadi, lekin uchib ketmaydi. Erkin elektronlarning mavjudligi fotoo'tkazuvchanlikning paydo bo'lishiga olib keladi. Fotokonduktivlik - bu yorug'lik ta'sirida moddaning elektr o'tkazuvchanligining oshishi.

Foton va uning xususiyatlari

Interferentsiya, diffraktsiya, qutblanish hodisalarini faqat yorug'likning to'lqin xossalari bilan izohlash mumkin. Biroq, fotoelektrik effekt va termal nurlanish faqat korpuskulyar bo'ladi (yorug'likni fotonlar oqimi deb hisoblasak). Yorug'lik xususiyatlarining to'lqin va kvant tavsifi bir -birini to'ldiradi. Nur ham to'lqin, ham zarracha. To'lqin va korpuskulyar xususiyatlar o'rtasidagi munosabatni o'rnatadigan asosiy tenglamalar quyidagicha:

(7)

Va - zarrachani tavsiflovchi miqdorlar va to'lqin.

(6) munosabatidan foton massasini topamiz:.

Foton - har doim yorug'lik tezligi bilan harakatlanadigan va qolgan massasi nolga teng bo'lgan zarracha. Fotonning momentum teng:.

Kompton effekti

Korpuskulyar xususiyatlar Kompton effektida to'liq namoyon bo'ladi. 1923 yilda amerikalik fizik Kompton atomlari engil bo'lgan parafin ustida rentgen nurlarining tarqalishini o'rgangan.

X-nurlarining to'lqin nuqtai nazaridan tarqalishi moddaning elektronlarining majburiy tebranishi bilan bog'liq, shuning uchun tarqoq nurning chastotasi tushayotgan yorug'lik chastotasiga to'g'ri kelishi kerak. Biroq, sochilgan yorug'lik to'lqin uzunligini ko'rsatdi. tarqalgan rentgen nurlarining to'lqin uzunligiga va sochuvchi moddaning materialiga bog'liq emas, balki tarqalish yo'nalishiga bog'liq. Shunday qilib, asosiy nurning yo'nalishi bilan tarqoq nurning yo'nalishi orasidagi burchak bo'lsin  qaerda (m).

Bu qonun yadro bilan zaif bog'langan elektronlar bo'lgan engil atomlar (,,,) uchun to'g'ri keladi. Tarqalish jarayonini fotonlarning elektron bilan elastik to'qnashuvi bilan izohlash mumkin. Elektronlar atomdan rentgen nurlari yordamida osongina ajralib chiqadi. Shuning uchun erkin elektronlar orqali tarqalishni ko'rib chiqish mumkin. Imkoniyatga ega bo'lgan foton tinch holatda elektron bilan to'qnashadi va unga energiyaning bir qismini beradi va o'zi tezlikka ega bo'ladi

Energiya va impulsning saqlanish qonunlaridan foydalanib, biz mutlaqo elastik ta'sirga ega bo'lamiz: , bu esa eksperimentalga to'g'ri keladi Bu nurning korpuskulyar nazariyasini isbotlaydi.

Luminesans, fotoluminesans va uning asosiy qonunlari

Luminesans-bu ma'lum bir haroratda issiqlik nurlanishidan yuqori bo'lgan muvozanatsiz nurlanish. Luminesans tanani isitishdan kelib chiqmaydigan tashqi ta'sirlar ta'siri ostida paydo bo'ladi. Bu sovuq nur. Qo'zg'alish usuliga qarab, ular ajralib turadi: fotoluminesans (yorug'lik ta'sirida), xemiluminesans (kimyoviy reaktsiyalar ta'sirida), katodoluminesans (tez elektronlar ta'sirida) va elektroluminesans (elektr maydon ta'sirida). .

Tashqi ta'sirlar yo'qolgandan so'ng (c) darhol to'xtaydigan lyuminesans floresans deb ataladi. Agar ekspozitsiya tugagandan so'ng soniyalarda lyuminesans yo'qolsa, u fosforesans deyiladi.

Yorituvchi moddalar fosfor deb ataladi. Bularga uran, nodir erlar aralashmalari, shuningdek, bir -biriga bog'langan, aromatik birikmalar biriktirilgan tizimlar kiradi: floresin, benzol, naftalin, antrasen.

Fotoluminesans Stokes qonuniga bo'ysunadi: hayajonli yorug'lik chastotasi chiqarilgan chastotadan katta  , issiqlikka aylanadigan so'rilgan energiyaning bir qismi qaerda.

Luminesansning asosiy xarakteristikasi - yutilgan kvantlar sonining emissiya qilingan soniga nisbatiga teng kvant rentabelligi. Kvant rentabelligi 1 ga yaqin bo'lgan moddalar mavjud (masalan, floresin). Antrasenning kvant rentabelligi 0,27 ga teng.

Luminesans hodisasi amalda keng qo'llaniladi. Masalan, luminesans tahlil - moddaning tarkibini uning o'ziga xos porlashi bilan aniqlash usuli. Usul juda sezgir (taxminan), oz miqdordagi iflosliklarni aniqlash imkonini beradi va kimyo, biologiya, tibbiyot va oziq -ovqat sanoati sohasidagi eng aniq tadqiqotlarda ishlatiladi.

Luminescent nuqsonlarni aniqlash sizga mashina qismlari yuzasidagi eng yaxshi yoriqlarni aniqlash imkonini beradi (buning uchun tekshirilayotgan sirt luminesans eritma bilan qoplangan, u olib tashlangandan keyin yoriqlarda qoladi).

Fosforlar lyuminestsent lampalarda ishlatiladi, optik kvant generatorlarining faol muhiti va elektron-optik konvertorlarda ishlatiladi. Turli xil qurilmalar uchun yorug'lik ko'rsatkichlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Kecha ko'rish qurilmalarining jismoniy printsiplari

Qurilma ko'zga ko'rinmas IQ nurlaridagi ob'ekt tasvirini ko'rinadigan tasvirga aylantiradigan elektro-optik konvertorga (EOC) asoslangan.

1 - fotokatod, 2 - elektron linzalar, 3 - lyuminestsent ekran,

Ob'ektdan keladigan infraqizil nurlanish fotokatod yuzasidan fotoelektron emissiyasini keltirib chiqaradi va ikkinchisining turli qismlaridan emissiya miqdori unga aks ettirilgan tasvirning yorqinligini taqsimlashga qarab o'zgaradi. Fotoelektronlar fotokatod va ekran orasidagi elektr maydon yordamida tezlashadi, elektron linzalari bilan fokuslanadi va ekranni bombardimon qilib, uning nurlanishiga olib keladi. Ekranning alohida nuqtalari yoritilishining intensivligi fotoelektronlarning oqim zichligiga bog'liq, buning natijasida ekranda ob'ektning ko'rinadigan tasviri paydo bo'ladi.

"Foto effekt"