Zjawisko fotoelektryczne

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne , zwane inaczej efektem fotoelektrycznym , polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem padającego na metal promieniowania elektromagnetycznego . Emitowane elektrony nazywamy fotoelektronami . W przypadku niektórych metali (na przykład rubin , cez) zjawisko to obserwuje się , gdy na metal pada światło widziane , w przypadku innych (na przykład cynk) wywołuje promieniowanie ultrafioletowe . Efekt fotoelektryczny przedstawiono schematycznie . Przykładem zastosowania zjawiska fotoelektrycznego w praktyce jest komórka fotoelektryczna , nazywana w skrócie fotokomórką . Fotokomórki od ponad 80 lat odgrywają olbrzymią rolę nie tylko w nauce , ale także w różnych dziedzinach życia. Stosuje się je w technice (film , telewizja), w wielu gałęziach przemysłu : elektronicznych (na przykład do wykrywania niewielkich obiektów lub błędów w druku ,do liczenia elementów układu scalonych ), spożywczym (na przykład do kontroli daty przydatności produktów do spożycia), farmaceutycznym (na przykład do kontroli poziomu leku w pojemniku), maszynowym (na przykład od kontroli kształtu elementów maszyn ), a także w sporcie (na przykład od mierzenia czasu w biegach sprinterskich ) i w życiu codziennym (na przykład w czujnikach termostatów, w systemach alarmowych , w automatycznie otwieranych drzwiach )Jak jest zbudowana fotokomórka i jaka jest zasada jej działania ? Współcześnie stosowane fotokomórki to głównie urządzenia półprzewodnikowe . Współcześnie stosowane fotokomórki to głównie urządzenie półprzewodnikowe . Natomiast tradycyjna fotokomórka jest próżniowa bańką szklana , w której znajdują się dwie elektrody – ujemna katoda zwana fotokatoda i dodatnia anoda. Fotokatodę stanowi napylona na wewnętrznej ścianie bańki warstwa metalu alkalicznego (najczęściej cezu) , z którego pod wpływem promieniowania sa emitowane elektrony . Anoda jest drutem wtopionym w obudowę bańki . Przyłożenie napięcia między katodę i anodę fotokomórki , gdy na fotokatodę nie pada promieniowanie , nie powoduje przepływu prądu. W panującej w bańce próżni nie ma nośników ładunku elektrycznego , więc obwód jest otwarty . Po oświetleniu fotokatody następuje emisja elektronów z jej powierzchni . Opuszczające katodę elektrony poruszają się w stronę dodatniej anody pod wpływem działającej na nie wypadkowej siły elektrycznej . Gdy dotrą do anody obwód zostaje zamknięty i płynie w nim prąd elektryczny . Badając zjawisko fotoelektryczne , fizycy szukają odpowiedzi na dwa pytania : * od czego zależy liczba elektronów emitowanych z katody? * od czego zależy ich energia ? Stwierdzono doświadczalnie , że : * liczba fotoelektronów emitowanych w jednostce czasu zależy od natężenia promieniowania padającego na fotokomórkę , * energia kinetyczna fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania wywołującego efekt fotoelektryczny , * energię kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia promieniowania padającego na fotokatodę. Wyniki eksperymentów stanowiły dla fizyków duże zaskoczenie . Niezrozumiała była przede wszystkim niezależność energii kinetycznej emitowanych z metalu elektronów od natężenia promieniowania powodującego ten efekt . Zjawisko fotoelektryczności odkryto pod koniec XIX wieku . Znane wówczas prawa fizyki (nazywane dziś fizyka klasyczną ) nie pozwalały na wytłumaczenie tego zjawiska i wyjaśnienie wszystkich stwierdzonych doświadczalnie faktów. Do rozwiązania problemu przyczynił się pomysł niemieckiego fizyka Maxa Plancka . W pracach , które przedstawił w 1900 roku wprowadził pojęcie kwantu , czyli porcji energii , i sformułował hipotezę , że promieniowanie elektromagnetyczne przenosi energię kwantami . Energia pojedynczego kwantu jest proporcjonalna do częstotliwości promieniowania. W 1905 roku Albert Einstein korzystając z hipotezy Plancka , podał proste wyjaśnienie zjawiska fotoelektryczności . W 1922 roku otrzymał za to Nagrodę Nobla . Eintein przyjął założenie , ze światło jest wiązką fotonów . o masie równej zeru i energii E=hv, poruszających się w próżni z szybkością światła c =3*108 m/s. Od XIX wieku używamy fotokomórek , które sa wykorzystywane na każdym kroku do dziś , we wszystkich dziedzinach naszego życia .