Презентация на тему: "Фотоэффект и его законы"

Слайд 1

Слайд 2

Фотоэффект , Фотоэлектрический эффект — испускание электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Слайд 3

История открытия В 1839 году Александр Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в электролите. В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим. Затем эффект изучался в 1887 году Генрихом Герцем. При работе с открытым резонатором он заметил, что если посветить ультрафиолетом на цинковые разрядники, то прохождение искры заметно облегчается. Исследования фотоэффекта показали, что, вопреки классической электродинамике, энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения. В 1888—1890 годах фотоэффект систематически изучал русский физик Александр Столетов. Им были сделаны несколько важных открытий в этой области, в том числе выведен первый закон внешнего фотоэффекта.

Слайд 4

Опыт Герца (1887 год) Ток есть! Тока нет +

Слайд 5

Генрих Герц — немецкий физик, впервые экспериментально доказавший в 1886г. существование электромагнитных волн. Исследуя электромагнитные волны, Герц установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн. Работы Герца послужили экспериментальным доказательством справедливости теории электромагнитного поля и, в частности, электромагнитной теории света. Уравнения Максвелла в современной форме были записаны Герцем. В 1886г. Герц впервые наблюдал фотоэффект.

Слайд 6

Схема эксперимента по исследованию фотоэффекта. Из света берётся узкий диапазон частот и направляется на катод внутри вакуумного прибора. Напряжением между катодом и анодом устанавливается энергетический порог между ними. По току судят о достижении электронами анода.

Слайд 7

Исследование фотоэффекта 1888 год А. Г. Столетов

Слайд 8

А.Г. Столетов — русский физик. Исследование фотоэффекта принесло Столетову мировую известность. Столетов показал также возможность применения фотоэффекта на практике. В докторской диссертации «Исследования о функции намагничения мягкого железа» он разработал метод исследования ферромагнетиков и установил вид кривой намагничения . Эта работа широко использовалась на практике при конструировании электрических машин. Столетов явился инициатором создания физического института при Московском университете.

Слайд 9

Исследуемый металл свет Опыт Столетова

Слайд 10

Законы фотоэффекта (Выводы из опыта Столетова) Формулировка 1-го закона фотоэффекта : количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1сек, прямо пропорционально интенсивности света. Согласно 2-ому закону фотоэффекта , максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности. 3-ий закон фотоэффекта : для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота света 0 (или максимальная длина волны 0 ), при которой ещё возможен фотоэффект, и если < 0 , то фотоэффект уже не происходит.

Слайд 11

Альберт Эйнштейн немецкий физик-теоретик, один из основателей современной физики, создатель теории относительности, автор основополагающих трудов по квантовой теории и статистической физике.

Слайд 12

Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он, благодаря номинации шведского физика Карла Вильгельма Озеена , получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк в 1900 году предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде квантованных порций. Из закона сохранения энергии, при представлении света в виде частиц (фотонов), следует формула Эйнштейна для фотоэффекта: где φ — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества), — максимальная кинетическая энергия вылетающего электрона, — частота падающего фотона с энергией , h — постоянная Планка. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта, то есть существование наименьшей частоты , ниже которой энергии фотона уже недостаточно для того, чтобы «выбить» электрон из металла. Энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества и на работу, необходимую для «вырывания» электрона, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона.

Слайд 13

М аксимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла. Она может быть определена: U 3 -задерживающее напряжение . Красная граница фотоэффекта –наименьшая частота падающего света, начиная с которой наблюдается фотоэффект.

Слайд 14

Применение фотоэффекта Вакуумные фотоэлементы. Современный вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянную колбу, часть внутренней поверхности которой покрыта тонким слоем металла с малой работой выхода (рис.). Это катод 1. Через прозрачное окошко свет прони­кает внутрь колбы. В ее центре расположена проволочная петля или диск — анод 2, который служит для улавливания фотоэлектронов. Анод присоединяют к положительному полюсу батареи. Фотоэлементы реагируют на видимое излучение и даже на инфракрасные лучи. При попадании света на катод фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который включает или выключает то или иное реле.

Слайд 15

Полупроводниковые фотоэлементы(внутренний фотоэффект). Это явление используется в фоторезисторах — приборах, сопротивление которых зависит от освещенности. Кроме того, сконструированы полупроводниковые фотоэлементы, создающие ЭДС и непосредственно преобразующие энергию излучения в энергию электрического тока. ЭДС, называемая в данном случае фотоЭДС , возникает в области р — n -перехода двух полупроводников при облучении этой области светом. С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука , записанного на киноплёнке.

Слайд 16

Применение полупроводниковых фотоэлементов. Особенно широкое применение полупроводниковых фотоэлементов получили при изготовлении солнечных батарей, устанавливаемых на космических кораблях. К сожалению, пока такие батареи довольно дороги. В фотометрии для измерения силы света, освещенности; в фототелеграфах; в автоматизации производства; в качестве источников тока в часах, микрокалькуляторах; проходят испытания первые солнечные автомобили.

Слайд 17

Фотовольтаический эффект — возникновение электродвижущей силы под действием электромагнитного излучения. Сенсибилизированным фотоэффектом называется фотоэффект, сопровождающийся явлением сенсибилизации, то есть изменением величины и спектра фоточувствительности в широкозонных фотопроводниках органической и неорганической природы в зависимости от структуры молекулярных соединений. Фотопьезоэлектрическим эффектом называется явление появления в полупроводнике фото электродвижущей силы в условиях внешнего неравномерного сжатия полупроводника. Фотомагнитным эффектом называется возникновение электродвижущей силы в освещенном однородном полупроводнике в магнитном поле.