Wat is het foto-elektrisch effect
In de moderne wereld wordt het fotovoltaïsche effect bijna overal gebruikt: alarmen, zonnepanelen, sensoren, enz. Laten we een dergelijke ontdekking in meer detail bekijken.
De geschiedenis van de ontdekking van het foto-elektrisch effect
Het foto-elektrische effect werd aan het einde van de 19e eeuw ontdekt, namelijk in 1887 door de wetenschapper G. Hertz, die tijdens een experiment ontdekte dat een vonkontlading tussen zinken bolletjes veel makkelijker overslaat als een van de bolletjes wordt belicht met ultraviolet licht.
In hetzelfde jaar A. G. Stoletov ontdekte dat de lading die vrijkomt onder invloed van licht een negatief teken heeft.
In 1898 ontdekten Lenard en Thomson dat de lading van deeltjes, die uit de materie wordt gehaald door de werking van een lichtstroom, gelijk is aan de specifieke lading van een elektron.
Zoals u kunt zien, wekte de ontdekking oprechte interesse in de wetenschappelijke gemeenschap en riep vrijwel onmiddellijk een groot aantal fundamentele vragen op.
En dat allemaal omdat op dat moment geen enkele theorie dit effect op een aanvaardbare manier kon verklaren.
Natuurlijk verbood de klassieke metaaltheorie niet dat de lichtstroom elektronen uit het metaal klopte.
Volgens de klassieke redenering kunnen elektromagnetische golven elektronen uit de structuur "wegspoelen" metaal op dezelfde manier als de zeegolven naar de oppervlakte stijgen en verschillende verslaan materialen.
Het enige probleem was dat het foto-effect niet zo gemakkelijk kon worden uitgelegd, en hier is waarom:
- Elektronen verschenen vrijwel onmiddellijk nadat het proces van bestraling van het metaal met een lichtstroom was begonnen.
- Het bleek dat het foto-effect zelfs bij de zwakste lichtstroom optrad, en met een toename van de bestralingsintensiteit bleef de energie van de "uitgewassen" elektronen onveranderd.
- Het foto-effect is praktisch inertieloos.
- Elke stof heeft zijn eigen ondergrens van het foto-elektrische effect. Dit is de frequentie waarmee dit effect nog steeds wordt waargenomen.
Deze factoren pasten niet in de klassieke visie van de interactie van licht met elektronen.
De oplossing voor deze problemen werd gevonden door de beroemde natuurkundige A. Einstein aan het begin van de 20e eeuw. Bovendien gaf de gevonden oplossing een serieuze impuls aan de ontwikkeling van de kwantummechanica.
Dus, kort voor Einsteins ontdekking, toonde een andere wetenschapper, Max Planck, aan dat straling van zwarte lichamen dat wel kan zijn beschrijf, ervan uitgaande dat atomen zowel licht kunnen uitzenden als absorberen in bepaalde energiedelen - quanta.
Planck ging ervan uit dat een dergelijk fenomeen te wijten is aan de specifieke structuur van het atoom en niet aan de aard van licht.
En nu heeft Albert Einstein de theorie naar voren gebracht dat het licht zelf wordt verdeeld in zogenaamde delen, die fotonen worden genoemd.
In dit geval hebben fotonen een tweeledig karakter en kunnen ze zich gedragen als een deeltje of een golf.
Dus bij interactie met een elektron kan een foton zich gedragen als een deeltje en, ruwweg gesproken, een elektron letterlijk uit zijn atoombaan slaan.
Als we een analogie trekken, is de associatie met de botsing van twee biljartballen het meest geschikt.
En wat opmerkelijk is, om op deze manier een elektron uit te schakelen, is één foton voldoende. Met een toename van de lichtintensiteit neemt het aantal fotonen (en dus het aantal uitgeslagen elektronen) toe, maar niet de energie van een afzonderlijk beschouwd elektron.
En dit betekent dat noch de energie, noch de snelheid van het foto-elektron op enigerlei wijze afhangen van de intensiteit van de lichtstroom. Er is alleen een afhankelijkheid van frequentie.
Als resultaat van een dergelijke redenering heeft de wetenschapper de volgende formule afgeleid:
Deze vergelijking beschrijft de energie van foto-elektronen.
En het blijkt dat het foto-elektrische effect niets meer is dan het fenomeen van de interactie van een lichtstroom (of een andere elektromagnetische straling) met een materiaal waarin een elektron uit een atoom van een stof wordt geslagen als gevolg van de exacte treffer van een kwantum van licht stromen.
Als je het artikel leuk vond, vergeet dan niet om het materiaal leuk te vinden en te delen. Dank u voor uw aandacht!