Was ist der photoelektrische Effekt?

In der modernen Welt wird der Photovoltaikeffekt fast überall eingesetzt: Alarme, Sonnenkollektoren, Sensoren usw. Informieren wir uns ausführlicher über eine solche Entdeckung.

Die Geschichte der Entdeckung des photoelektrischen Effekts

Der photoelektrische Effekt wurde Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt, und zwar 1887 vom Wissenschaftler G. Hertz, der während eines Experiments entdeckte, dass eine Funkenentladung zwischen Zinkkugeln viel leichter überspringt, wenn eine der Kugeln mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird.

Im selben Jahr A. G. Stoletov fand heraus, dass die unter Lichteinwirkung freigesetzte Ladung ein negatives Vorzeichen hat.

1898 stellten Lenard und Thomson fest, dass die Ladung von Partikeln, die durch Einwirkung eines Lichtflusses aus einer Substanz entnommen wird, gleich der spezifischen Ladung eines Elektrons ist.

Wie Sie sehen, hat die Entdeckung echtes Interesse an der wissenschaftlichen Gemeinschaft geweckt und fast sofort eine Vielzahl grundlegender Fragen aufgeworfen.

Und das alles, weil zu dieser Zeit keine Theorie diesen Effekt auf akzeptable Weise erklären konnte.

Natürlich verbot die klassische Metalltheorie dem Lichtfluss nicht, Elektronen aus dem Metall herauszuschlagen.

Nach klassischer Überlegung könnten elektromagnetische Wellen Elektronen aus der Struktur "auswaschen" Metall auf die gleiche Weise wie die Meereswellen an die Oberfläche steigen und verschiedene schlagen Materialien.

Das einzige Problem war, dass der Fotoeffekt nicht so einfach erklärt werden konnte, und hier ist der Grund:

1. Elektronen erschienen fast sofort, nachdem der Prozess der Bestrahlung des Metalls mit einem Lichtfluss gestartet worden war.
2. Wie sich herausstellte, trat der photoelektrische Effekt bereits beim schwächsten Lichtfluss auf, und mit zunehmender Bestrahlungsintensität blieb die Energie der "ausgewaschenen" Elektronen unverändert.
3. Der Fotoeffekt ist praktisch träge.
4. Jede Substanz hat ihre eigene Untergrenze des photoelektrischen Effekts. Dies ist die Häufigkeit, mit der dieser Effekt noch beobachtet wird.

Diese Faktoren passten nicht in die klassische Vision der Wechselwirkung von Licht mit Elektronen.

Die Lösung für diese Probleme fand der berühmte Physiker A. Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Darüber hinaus gab die Lösung, die er fand, der Entwicklung der Quantenmechanik ernsthafte Impulse.

Kurz vor Einsteins Entdeckung zeigte ein anderer Wissenschaftler, Max Planck, dass Schwarzkörperstrahlung möglich ist beschreiben unter der Annahme, dass Atome in bestimmten Energieanteilen Licht sowohl emittieren als auch absorbieren können - Quanten.

Planck ging davon aus, dass ein solches Phänomen auf die spezifische Struktur des Atoms und nicht auf die Natur des Lichts zurückzuführen ist.

Und jetzt stellte Albert Einstein die Theorie auf, dass das Licht selbst in sogenannten Teilen verteilt ist, die Photonen genannt werden.

In diesem Fall haben Photonen eine duale Natur und können sich wie ein Teilchen und eine Welle verhalten.

Wenn ein Photon mit einem Elektron interagiert, kann es sich wie ein Teilchen verhalten und grob gesagt ein Elektron buchstäblich aus seiner Atombahn werfen.

Wenn wir eine Analogie ziehen, ist die Assoziation mit der Kollision zweier Billardkugeln am besten geeignet.

Und was bemerkenswert ist, um ein Elektron auf diese Weise auszuschalten, wird ein Photon ausreichen. Mit zunehmender Lichtintensität nimmt die Anzahl der Photonen (und damit die Anzahl der ausgeschalteten Elektronen) zu, nicht jedoch die Energie eines separat betrachteten Elektrons.

Und das bedeutet, dass weder die Energie noch die Geschwindigkeit des Photoelektron in irgendeiner Weise von der Intensität des Lichtflusses abhängen. Die Abhängigkeit ist nur von der Frequenz.

Als Ergebnis dieser Überlegungen leitete der Wissenschaftler die folgende Formel ab:

Diese Gleichung beschreibt die Energie von Photoelektronen.

Und es stellt sich heraus, dass der photoelektrische Effekt nichts anderes ist als das Phänomen der Wechselwirkung eines Lichtflusses (oder eines anderen elektromagnetischen) Strahlung) mit einem Material, bei dem ein Elektron aufgrund des genauen Treffers eines Lichtquantums aus einem Atom einer Substanz herausgeschlagen wird fließen.

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