Фотоэффект и его применение

1.Фотоэффект. Опыты Столетова. Законы фотоэффекта. 2. Теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Красная граница фотоэффекта. 3. Применение фотоэффекта. 4. Фотоны. Энергия, масса и импульс фотонов.

1.Фотоэффект. Опыты Столетова. Законы фотоэффекта

1887 год. Генрих Герц открыл явление фотоэффекта

Анимация « Опыты Столетова. Законы фотоэффекта»

В своей работе "О влиянии ультрафиолетового света на электрический разряд", поступившей в "Протоколы Берлинской Академии наук" 9 июня 1887 года, Герц описывает важное явление, открытое им и получившее впоследствии название фотоэлектрического эффекта. Это замечательное открытие было сделано благодаря несовершенству карцевского метода детектирования колебаний: искры, возбуждаемые в приемнике, были настолько слабы, что Герц решил для облегчения наблюдения поместить приемник в темный футляр. Однако оказалось, что максимальная длина искры при этом значительно меньше, чем в открытом контуре. Удаляя последовательно стенки футляра, Герц заметил, что мешающее действие оказывает стенка, обращенная к искре генератора. Исследуя тщательно это явление, Герц установил причину, облегчающую искровой разряд приемника, - ультрафиолетовое свечение искры генератора. Таким образом, чисто случайно, как пишет сам Герц, был открыт важный факт, не имевший прямого отношения к цели исследования. Этот факт сразу же привлек внимание ряда исследователей, в том числе профессора Московского университета А.Г. Столетова, особенно тщательно исследовавшего новый эффект, названный им актиноэлектрическим. Открытие Генрихом Герцем внешнего фотоэффекта (1887 год) У Ф- лучи

Александр Григорьевич Столетов в 1889 году установил законы фотоэффекта

Схема установки для фотоэффекта

Вольтамперные характеристики фотоэффекта Вывод: Чем больше кинетическая энергия фотоэлектронов, тем большим должно быть задерживающее напряжение.

Вольт – амперная характеристика фотоэффекта при различных частотах 1. Сила тока насыщения не зависит от частоты падающего света. 2. От частоты падающего света зависит задерживающее напряжение, а значит и кинетическая энергия фотоэлектронов, чем больше частота света, тем больше кинетическая энергия, тем больше должно быть задерживающее напряжение.

ΕkΕk ν Min ν График зависимости кинетической энергии электронов от частоты света. (получен А.С. Столетовым на основе измерения задерживающего напряжения между анодом и фотокатодом))

В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта. 1. Сила тока насыщения прямо пропорциональна мощности светового излучения, падающего на поверхность тела. 2. Кинетическая энергия фотоэлектронов зависит только от частоты света и не зависит от его мощности 3. Существует минимальная частота( максимальная длина волны ) при которой начинается фотоэффект

Анимация « Первый закон фотоэффекта»

Анимация « Второй закон фотоэффекта. Задерживающее напряжение»

Анимация « Третий закон фотоэффекта»

2. Теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Красная граница фотоэффекта.

Гипотеза Планка(1900 год ) СВЕТ ИЗЛУЧАЕТСЯ ОТДЕЛЬНЫМИ ПОРЦИЯМИ – ФОТОНАМИ ИЛИ КВАНТАМИ

1905 год ПО ГИПОТЕЗЕ ЭЙНШТЕЙНА СВЕТ НЕ ТОЛЬКО ИЗЛУЧАЕТСЯ, НО И ПОГЛОЩАЕТСЯ ОТДЕЛЬНЫМИ ПОРЦИЯМИ – ФОТОНАМИ ИЛИ КВАНТАМИ

Анимация « Теория фотоэффекта»

Энергией» hv» снабжен, Летит к нам квант, то бишь фотон. Его хватает электрон, И … до свидания, дом родной! Свет Электроны Вещество

Работа выхода электронов из металлов Металл A, эВ Алюминий 4,25 Вольфрам 4,54 Железо 4,31 Медь 4,4 Никель 4,5 Олово 4,39 Платина 5,32 Ртуть 4,52 Серебро 4,3 Цинк 4,24

3. Применение фотоэффекта

Вакуумный фотоэлемент

Анимация «Полупроводниковый фотоэлемент»

Полупроводниковые фотоэлементы как источники тока

Применение фотоэлементов Фотоэлемент это прибор, способный определять присутствие (или отсутствие) объекта (предмета) при помощи луча света. Типичные области применения фотоэлементов включают в себя: подсчет объектов на конвейерной ленте, охранную сигнализацию, определение последовательности операций при автоматическом управлении и др. В фотоэлементах, работающих по принципу источник приемник, используются отдельный источник света и фотоэлемент, как показано на Рис а. Объект, попадающий между источником и приемником, прерывает луч. В самых совершенных конструкциях расстояние между источником и приемником может составлять до 1000 м, но выравнивание расположение их на одной линии напротив друг друга вызывает трудности.

Солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней оболочки атомов. При замыкании цепи возникает электрический ток. Солнечные батареи соединяют в цепи последовательно или параллельно для получения необходимых параметров по току и напряжению. - срок службы солнечной батареи более 25 лет - типичный КПД солнечной батареи 14% - напряжение любой пластинки кремниевого элемента: без нагрузки 0.6 В, под нагрузкой кремний - второй по распространённости элемент во вселенной в то же время всего 2% чистого кремния идёт на солнечную энергетику - мировая нехватка солнечного кремния оценивается в тысяч тонн в год - за год в России изготавливается примерно 5-6 МВт солнечных батарей, а продаётся на внутреннем рынке не более 150 к Вт - к 2020 году Швеция планирует полностью отказаться от углеводородного топлива - в Германии уже несколько лет действует государственная программа "Сто тысяч солнечных крыш" - в США действует аналогичная программа "Миллион солнечных крыш"электрический ток Солнечные батареи

Солнечные батареи для дачи

На крыше автомобиля Prius, 20 На крыше автомобиля Prius, 20 Солнечная батарея на крыше автомашины

Анимация « Графики фотоэффекта»

Анимированная задача по фотоэффекту.