Kakšen je fotoelektrični učinek

V sodobnem svetu se fotonapetostni učinek uporablja skoraj povsod: alarmi, sončne celice, senzorji itd. Pozanimajmo se o takšnem odkritju podrobneje.

Zgodovina odkritja fotoelektričnega učinka

Fotoelektrični učinek je konec 19. stoletja odkril znanstvenik G. Hertz, ki je med poskusom odkril, da iskra med cinkovimi kroglicami veliko lažje preskoči, ko je ena od kroglic osvetljena z ultravijolično svetlobo.

Istega leta A. G. Stoletov je ugotovil, da ima naboj, sproščen pod vplivom svetlobe, negativen predznak.

Leta 1898 sta Lenard in Thomson ugotovila, da je naboj delcev, ki se izloči iz snovi pod delovanjem svetlobnega toka, enak specifičnemu naboju elektrona.

Kot lahko vidite, je odkritje vzbudilo resnično zanimanje v znanstveni skupnosti in skoraj takoj sprožilo ogromno temeljnih vprašanj.

In vse zato, ker takrat nobena teorija tega učinka ni mogla pojasniti na noben sprejemljiv način.

Klasična teorija kovin seveda ni prepovedovala svetlobnemu toku, da bi iz kovine izbil elektrone.

Po klasičnem sklepanju lahko elektromagnetni valovi dobro "izperejo" elektrone iz strukture kovine na enak način, kot se morski valovi dvignejo na površje in na obalo bijejo različne materialov.

Edina težava je bila v tem, da foto učinka ni bilo mogoče tako enostavno razložiti, zato pa še:

1. Elektroni so se pojavili skoraj v trenutku, ko se je začel postopek obsevanja kovine s svetlobnim tokom.
2. Kot se je izkazalo, se je fotoelektrični učinek pojavil tudi pri najšibkejšem svetlobnem toku, s povečanjem intenzivnosti obsevanja pa je energija "izpranih" elektronov ostala nespremenjena.
3. Foto efekt je praktično brez vztrajnosti.
4. Vsaka snov ima svojo spodnjo mejo fotoelektričnega učinka. To je pogostost, pri kateri se ta učinek še vedno opaža.

Ti dejavniki se niso ujemali s klasično vizijo interakcije svetlobe z elektroni.

Rešitev teh težav je našel slavni fizik A. Einsteina na samem začetku 20. stoletja. Poleg tega je rešitev, ki jo je našel, dala resen zagon razvoju kvantne mehanike.

Tik pred Einsteinovim odkritjem je še en znanstvenik Max Planck dokazal, da je lahko sevanje črnega telesa opišite ob predpostavki, da lahko atomi v določenih delih energije oddajajo in absorbirajo svetlobo - kvante.

Planck je izpostavil domnevo, da je tak pojav posledica posebne strukture atoma in ne narave svetlobe.

In zdaj je Albert Einstein predstavil teorijo, da se sama svetloba porazdeli v tako imenovanih delih, ki jih imenujemo fotoni.

V tem primeru imajo fotoni dvojno naravo in se lahko obnašajo kot delci in val.

Tako se lahko foton pri interakciji z elektronom obnaša kot delec in, grobo rečeno, dobesedno izbije elektron iz njegove atomske orbite.

Po analogiji je najbolj primeren trk dveh biljardnih krogel.

In kar je izjemno, če želimo na ta način izbiti elektron, je dovolj en foton. S povečanjem jakosti svetlobe se poveča število fotonov (in s tem število izbitih elektronov), ne pa tudi energija ločeno obravnavanega elektrona.

To pa pomeni, da niti energija niti hitrost fotoelektrona na noben način nista odvisni od jakosti svetlobnega toka. Odvisnost je le od frekvence.

Kot rezultat takšnega sklepanja je znanstvenik izpeljal naslednjo formulo:

Ta enačba opisuje energijo fotoelektronov.

In izkazalo se je, da fotoelektrični učinek ni nič drugega kot pojav interakcije svetlobnega toka (ali drugega elektromagnetnega sevanje) z materialom, v katerem je elektron iztisnjen iz atoma snovi zaradi natančnega zadetka kvanta svetlobe pretok.

Če vam je bil članek všeč, potem ne pozabite všečkati in deliti gradiva. Hvala za vašo pozornost!