Fotoelektrisk Effekt: Forklaring Og Applikationer

{h1}

Den fotoelektriske effekt refererer til, hvad der sker, når elektroner udsendes fra et materiale, der har absorberet elektromagnetisk stråling.

Den fotoelektriske effekt refererer til, hvad der sker, når elektroner udsendes fra et materiale, der har absorberet elektromagnetisk stråling. Fysik Albert Einstein var den første til at beskrive effekten fuldt ud og modtog en nobelpris for sit arbejde.

Hvad er den fotoelektriske effekt?

Lys med energi over et bestemt punkt kan bruges til at banke elektroner løs og frigøre dem fra en solid metaloverflade, ifølge Scientific American. Hver partikel af lys, kaldet en foton, kolliderer med en elektron og bruger en del af sin energi til at fjerne elektronen. Resten af ​​fotonens energioverførsler til den gratis negative ladning kaldes et fotoelektron.

At forstå hvordan dette virker revolutionerer moderne fysik. Anvendelser af den fotoelektriske effekt bragte os "elektriske øjne" døråbnere, lysmålere anvendt i fotografering, solpaneler og fotostatisk kopiering.

Opdagelse

Før Einstein var effekten blevet observeret af forskere, men de blev forvirret af adfærd, fordi de ikke fuldt ud forstod lysets natur. I slutningen af ​​1800'erne fastslog fysikerne James Clerk Maxwell i Skotland og Hendrik Lorentz i Holland, at lys ser ud til at opføre sig som en bølge. Dette blev bevist ved at se, hvor lyse bølger viser interferens, diffraktion og spredning, som er fælles for alle slags bølger (herunder bølger i vand).

Så Einsteins argument i 1905, at lyset også kan opføre sig som sæt af partikler var revolutionerende, fordi det ikke passer til den klassiske teori om elektromagnetisk stråling. Andre forskere havde postuleret teorien foran ham, men Einstein var den første til fuldt ud at uddybe om hvorfor fænomenet forekom - og konsekvenserne.

For eksempel var Heinrich Hertz fra Tyskland den første person til at se den fotoelektriske virkning i 1887. Han opdagede, at hvis han skinnede ultraviolet lys på metalelektroder, sænkede han den spænding, der var nødvendig for at lave en gnistbevægelse bag elektroderne, ifølge engelske astronom David Darling.

Derefter i 1899, i England, J.J. Thompson viste, at ultraviolet lys rammer en metaloverflade forårsaget udstødning af elektroner. Et kvantitativt mål for den fotoelektriske virkning kom i 1902, med arbejde fra Philipp Lenard (en tidligere assistent til Hertz.) Det var tydeligt, at lyset havde elektriske egenskaber, men det der var uklart, var hvad der foregik.

Ifølge Einstein består lyset af små pakker, først kaldet quanta og senere fotoner. Hvordan kvanta opfører sig under den fotoelektriske effekt kan forstås gennem et tankeeksperiment. Forestil dig en marmor cirkling i en brønd, som ville være som en bundet elektron til et atom. Når en foton kommer ind, rammer den marmor (eller elektronen), hvilket giver den nok energi til at flygte fra brønden. Dette forklarer opførelsen af ​​lette slående metaloverflader.

Selvom Einstein, da en ung patentkonsulent i Schweiz, forklarede fænomenet i 1905, tog det 16 år at Nobelprisen blev tildelt for hans arbejde. Dette kom efter, at amerikansk fysiker Robert Millikan ikke kun bekræftede arbejdet, men fandt også en relation mellem en af ​​Einsteins konstanter og Plancks konstant. Sidstnævnte beskriver konstant hvordan partikler og bølger opfører sig i atomverdenen.

Yderligere tidlige teoretiske undersøgelser af den fotoelektriske virkning blev udført af Arthur Compton i 1922 (som viste, at røntgenbilleder også kunne behandles som fotoner og tjente Nobelprisen i 1927) samt Ralph Howard Fowler i 1931 (som kiggede på forholdet mellem metaltemperaturer og fotoelektriske strømme.)

Applikationer

Mens beskrivelsen af ​​den fotoelektriske effekt lyder meget teoretisk, er der mange praktiske anvendelser af sit arbejde. Britannica beskriver et par:

Fotoelektriske celler blev oprindeligt brugt til at detektere lys ved hjælp af et vakuumrør indeholdende en katode til udgivelse af elektroner og en anode for at samle den resulterende strøm. I dag har disse "phototubes" avanceret til halvlederbaserede fotodioder, der anvendes i applikationer som solceller og fiberoptik telekommunikation.

Fotomultiplikatorrør er en variation af fotobåndet, men de har flere metalplader kaldet dynoder. Elektroner frigives, efter at lyset rammer katoderne. Elektronerne falder derefter på den første dynode, som frigiver flere elektroner, der falder på den anden dynode, så videre til den tredje, fjerde og så videre. Hver dynode forstærker strømmen; efter ca. 10 dynoder er strømmen stærk nok til, at fotomultiplikatorer kan registrere enslige fotoner. Eksempler på dette anvendes i spektroskopi (som adskiller lyset i forskellige bølgelængder for at lære mere om de kemiske sammensætninger af stjerne, for eksempel) og computerbaserede aksialtomografi (CAT) scanninger, der undersøger kroppen.

Andre anvendelser af fotodioder og fotomultiplikatorer indbefatter:

  • billedteknologi, herunder (ældre) fjernsynskameraer eller billedforstærkere;
  • studere nukleare processer
  • kemisk analysere materialer baseret på deres udsendte elektroner;
  • giver teoretisk information om, hvordan elektroner i atomer overgår mellem forskellige energistater.

Men måske var den mest vigtige anvendelse af den fotoelektriske effekt at afsætte kvanterevolutionen ifølge

Videnskabelig amerikansk. Det førte fysikere til at tænke på lysets natur og atomenes opbygning på en helt ny måde.

Yderligere ressourcer

  • Fysik Hypertextbook: Photoelectric Effect
  • Khan Academy: Photoelectric Effect


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com