ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ОПТИКИ

Фотоэффект и его виды. Опыт Столетова

Квантовая гипотеза Планка (см. § 55) в дальнейшем привела к пониманию того, что свет не только излучается, но и поглощается отдельными порциямиквантами. Одним из явлений, подтверждающих эту гипотезу, является фотоэлектрический эффект (фотоэффект), открытие и исследование которого сыграли важную роль в становлении квантовой теории. Различают фотоэффект внешний, внутренний и вентильный.

Внешним фотоэффектом называют испускание электронов веществом (металлом, полупроводником, диэлектриком) под действием электромагнитного излучения.

Это явление, имеющее огромное теоретическое и практическое значение, наблюдалось впервые Г. Герцем (1887), обнаружившим, что при освещении ультрафиолетовым светом отрицательного электрода (катода) искрового разрядника искра проскакивает между его электродами при меньшей разности потенциалов, чем в отсутствие облучения. Это явление, как показали дальнейшие опыты, обусловлено тем, что под действием света из катода разрядника выбиваются отрицательные заряды.

Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А.Г. Столетовым. Принципиальная схема для исследования фотоэффекта приведена на рис. 88. Два электрода (катод К из исследуемого металла и анод А — в схеме Столетова применялась металлическая сетка) в вакуумной трубке подключены к батарее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом (через кварцевое окошко), измеряется включенным в цепь миллиамперметром.

Облучая катод светом различных длин волн, А.Г. Столетов установил следующие закономерности, не утратившие своего значения до нашего времени:

1) наиболее эффективное действие оказывает ультрафиолетовое излучение;

Рис. 88

  • 2) под действием света вещество теряет только отрицательные заряды;
  • 3) сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.

Дж. Томсон (1898) измерил удельный заряд испускаемых под действием света частиц (по отклонению в электрическом и магнитном полях). Эти измерения показали, что под действием света вырываются электроны.

Внутренний фотоэффект — это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводимости полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению ЭДС.

Разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект — возникновение ЭДС (фото-ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >