Образовака🌡️ Физика11 классКвантовая физика

Внутренний фотоэффект

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 290.

Фотоэффект — это выбивание электронов из атомов под действием света. Существует внешний и внутренний фотоэффект. Кратко поговорим о внутреннем фотоэффекте, узнаем, кем открыт, его особенности и характеристики.

Открытие фотоэффекта

Итак, фотоэффект бывает внешний и внутренний. При внешнем фотоэффекте электроны выходят из вещества либо в вакуум, либо в газовую среду, окружающую вещество. При внутреннем фотоэффекте электроны остаются в веществе. Исторически первым был открыт внутренний фотоэффект, поскольку оборудование для его наблюдения появилось раньше.

Впервые проявление фотоэффекта — фотогальванический эффект — наблюдал А. Беккерель в 1839 г. При освещении платиновых пластин, погруженных в раствор электролита, гальванометр начинал регистрировать ЭДС. Фотоэффект в твердом веществе — селене — открыл У. Смит, занимавшийся поиском проводников с высоким удельным сопротивлением. При исследовании селеновых образцов в 1873 г. было замечено, что их сопротивление существенно меняется при измерениях. Заинтересовавшись этим явлением, У. Смит выяснил, что сопротивление селена уменьшается при освещении его светом. В 1883 г. Ч. Фритс создал первый селеновый фотоэлемент.

Свойства внутреннего фотоэффекта

Теория внешнего фотоэффекта была разработана в 1905 г. А. Эйнштейном. Согласно ей свет существует только в виде порций-квантов (фотонов). Излучение или поглощение фотона возможно только целиком. Причем энергия фотона пропорциональна его частоте. При внешнем фотоэффекте эта энергия частично тратится на разрыв связей электрона в атоме (работа выхода $A_{вых}$), а оставшаяся часть — это кинетическая энергия электронов, покинувших вещество:

$$h\nu=A_{вых}+{m_ev^2\over 2}$$

Эта формула применима и ко внутреннему фотоэффекту. Точно так же энергия фотона затрачивается на работу выхода, но остаток энергии переходит не в кинетическую энергию электронов, вылетевших из вещества, а на создание разности потенциалов в веществе.

Для внутреннего фотоэффекта, как и для внешнего, существует красная граница — частота, ниже которой энергии фотона недостаточно, чтобы совершить работу выхода. Фотоэффект при этом исчезает.

Применение внутреннего фотоэффекта

Первоначально стал использоваться внешний фотоэффект. Вакуумные фотоэлементы нашли широкое применение в кино, обеспечивая звуковое сопровождение фильмов.

С развитием полупроводниковой электроники более широкое применение получил внутренний фотоэффект.

Вначале получили распространение полупроводниковые фотоэлементы и фоторезисторы. В них электроны, выбитые из атомов, лишь меняют проводимость вещества. С помощью таких приборов проводилось определение степени освещенности.

В последние десятилетия все шире стали применяться приборы, в которых энергия выбитых электронов создает разность потенциалов и далее используется для полезной работы, — солнечные батареи.

Солнечная батарея — это множество полупроводниковых элементов, каждый из которых имеет два слоя с разной проводимостью. На границе между слоями образуется потенциальный барьер, который могут преодолевать электроны, выбитые из атомов светом. В результате на концах элемента появляется разность потенциалов. Каждый элемент дает напряжение порядка десятых долей вольта. Для получения высоких напряжений и мощностей множество элементов связываются в последовательно-параллельные батареи.

Что мы узнали?

Внутренний фотоэффект — это выбивание электронов из атомов вещества при облучении их светом, при котором электроны остаются внутри вещества. Теория фотоэффекта была создана А. Эйнштейном. Внутренний фотоэффект широко применяется в полупроводниковых элементах и солнечных батареях.