ФОТОЭФФЕКТ Артемьев В. И. –преподаватель ГБОУ НПО ПЛ «ЩУЦ» МО

Свет – электромагнитная волна, т.е. распространение в пространстве колебаний электромагнитного поля, вызванных ускоренным движением заряженных частиц. Излучение характеризуется длиной волны λ, частотой ν и скоростью распространения c (c=3*10 8 м/с), причем λ = c/ν. Явления интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света, хорошо объясняются на основе волновой теории. Но ее использование при создании теории теплового излучения нагретых тел, фотоэффекта и ряда других явлений вело к противоречиям.

Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл 13 июня 1831, Эдинбург 5 ноября 1879, Кембридж Противоречия волновой теории были разрешены в 1865 году Максвеллом, который пришел к выводу, что свет - электромагнитная волна. Одним из аргументов в пользу данного утверждения является совпадение скорости электромагнитных волн, теоретически вычисленных Максвеллом, со скоростью света, определенной экспериментально (в опытах Ремера и Фуко). Максвелл показал теоретически, что свет представляет собой электромагнитные волны порядка нм

В 1839 году Александр Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в электролите. В 1873 году Виллоби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим. В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями квантами (или фотонами). БЕККЕРЕЛЬ Александр Эдмон 24 марта 1820 – 11 мая французский физик... ПЛАНК Макс 23 апреля 1858 г. – 4 октября 1947 г. Нобелевская премия по физике, 1918

Генри Рудольф Герц 22 февраля 1857, Гамбург 1 января 1894, Бонн Фотоэффект открыт Генри Герцем в 1887 году

Фотоэффект- испускание электронов некоторыми веществами под действием света

Александр Григорьевич Столетов , Владимир, В 1888 году Столетов создал первый фотоэлемент и применил его на практике, потом он установил прямую пропорциональную зависимость силы фототока от интенсивности падающего света.

Схема установки, на которой Столетов установил законы фотоэффекта Выводы Столетова: …при освещении цинковой пластины ультрафиолетовыми лучами из неё вырываются электроны. Под действием электрического поля они устремляются к сетке и в цепи возникает электрический ток, который называют фототоком.

Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально интенсивности света. С позиции электромагнитной теории света: чем больше интенсивность световой волны, тем большему количеству электронов будет передана достаточная для вылета из металла энергия.

Альберт Эйнштейн , Ульм, Германская империя , Принстон, США Лауреат Нобелевской премии по физике 1921 г. Теоретическое объяснение законов фотоэффекта было дано в 1905 году Эйнштейном: Электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов ( фотонов) с энергией h ν каждый. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл: h ν =A+mv 2 / 2, где mv 2/ 2 –максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла. Она может быть определена: mv 2 /2=eU 3. U 3 - задерживающее напряжение.

максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности. для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота света ν 0 (или максимальная длина волны λ 0 ), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν 0, то фотоэффект уже не происходит..

Фотоэффект возможен лишь в том случае, когда энергия поглощённого фотона превышает работу выхода электрона из металла. Т. е. частота света при этом должна превышать некоторое определённое для каждого вещества значение, равное A>h. Эта минимальная частота определяет красную границу фотоэффекта. При меньшей частоте света энергии фотона не хватает для совершения электроном работы выхода, и поэтому фотоэффект отсутствует.

По классической волновой теории электрону в поле световой электромагнитной волны требуется время для накопления необходимой для вылета энергии, и поэтому фотоэффект должен протекать с запаздыванием, по крайне мере, на несколько секунд. По квантовой теории же, когда фотон поглощается электроном, то вся энергия фотона переходит к электрону и никакого времени для накопления энергии не требуется.

Фотон элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант электромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий). Термин «фотон» введен химиком Гильбертом Льюисом в 1926 году. Виртуальная модель фотона %D0%B0%20%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD&lr=1

Физики из Стэнфордского университета научились "вырезать" отдельные фотоны почти произвольной формы с помощью обычного электронно-оптического модулятора. Такие фотоны с экзотическими волновыми функциями будут полезны не только в фундаментальных исследованиях, но и для шифрования информации, квантовой компьютерной памяти и других приложений.

Ученые из Объединенного института квантовых исследований при Университете Мэриленда впервые смогли перенести информацию из одного атома в другой, при том что между атомами было расстояние около метра. Команда физиков из Объединенного института квантовых исследований смогла увязать состояния двух атомов таким образом, чтобы информация, хранящаяся в одном была в точности воспроизведена или, говоря иначе, телепортирована в другом.

На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов, получивших разнообразное применение в различных областях науки и техники. В настоящее время практически невозможно указать отрасли производства, где бы не использовались фотоэлементы - приемники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую.

В традиционных компьютерах электронные биты всегда имеют лишь одно состояние: 1 или 0, которое реализуется через высокое и низкое напряжение соответственно, однако квантовые биты могут быть в двух состояниях одновременно. Это эффект в научном мире получил название "Суперпозиция". Именно подобная двойственность состояния и дает квантовым компьютерам их гигантскую вычислительную силу. Квантовый компьютер на наномагнитах

На фотоэффекте основано превращение светового сигнала в электрический. Электрическое сопротивление полупроводника падает при освещении; это используется для устройства фотосопротивлений. При освещении области контакта различных полупроводников возникает фото-эдс, что позволяет преобразовывать световую энергию в электрическую

Вблизи голландского городка Херхюговарда создан экспериментальный район "Город солнца". Крыши домов здесь покрыты солнечными панелями. Дом на снимке вырабатывает до 25 кВт. Общую мощность "Города солнца" планируется довести до 5 МВт. Такие дома становятся автономными от системы. Солнце можно использовать и как источник энергии для транспортных средств. В Австралии проводятся ежегодные гонки на солнечных электромобилях на трассе между городами Дарвин и Аделаида (3000 км). Компания Sanyo построила самолет на солнечных батареях.

Фотоэффект используется в производстве для контроля, управления и автоматизации различных процессов, в военной технике для сигнализации и локации невидимым излучением, в технике звукового кино, в различных системах связи и т. д. С явлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах. Фотоэлектрический источник тока