ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                                ფოტოეფექტი

ფოტოეფექტი

არაელასტიური შეჯახებები ფოტონსა და ატომის ელექტრონს შორის. ამ შეჯახებისას ხდება ფოტონის მიერ ენერგიის გადაცემა ელექტრონზე. თუ ადგილი ექნა ფოტონის მთელი ენერგიის გადაცემას მაშინ ფოტონი შთაინთქმება (რადგან მას მასა არ გააჩნია უენერგიო მდგომარეობაში, იგი "არსებობს" მხოლოდ როდესაც მას ენერგია გააჩნია. E=mc² ის მიხედვით) და თუ ეს გადაცემული ენერგია (კინეტიკური ენერგია) გარკვეულ ზღვარს გადააჭარბებს ელექტრონისათვის, მაშინ იგი ტოვებს თავის ადგილს(ატომის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონი) და იწყებს მიღებული კინეტიკური ენერგიის მილევამდე მგზავრობას (მოძრაობას).

E_γ = h*ν = (mv²)/2

                                                                        

გარე ფოტოეფექტი

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი (ფოტოელექტრონის ემისია) არის ნივთიერების მიერ ელექტრონების გამოყოფა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მოქმედებით. გარე ფოტოელექტრული ეფექტის დროს ნივთიერებიდან გამოსულ ელექტრონებს ფოტოელექტრონები ეწოდება, ხოლო მათ მიერ წარმოქმნილ ელექტრული დენი გარე ელექტრულ ველში მოწესრიგებული მოძრაობისას ეწოდება ფოტოდენი.

ფოტოკათოდი - ვაკუუმური ელექტრონული მოწყობილობის ელექტროდი, რომელიც უშუალოდ ექვემდებარება ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას და ამ გამოსხივების გავლენით გამოყოფს ელექტრონებს.

გაჯერების ფოტოდენი არის ამოფრქვეული ელექტრონების მაქსიმალური დენი, დენი ფოტოკათოდსა და ანოდს შორის, რომლის დროსაც ყველა გამოდევნილი ელექტრონი გროვდება ანოდზე.

ფოტოკათოდის სპექტრული მახასიათებელია სპექტრული მგრძნობელობის დამოკიდებულება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სიხშირეზე ან ტალღის სიგრძეზე

სასწავლო ექსპერიმენტის სქემა ფოტოელექტრული ეფექტის შესწავლაზე. სიხშირეების ვიწრო დიაპაზონი აღებულია სინათლისგან და მიმართულია ვაკუუმ მოწყობილობის შიგნით კათოდში. კათოდსა და ანოდს შორის ძაბვა ადგენს მათ შორის ენერგიის ზღურბლს. დენი გამოიყენება იმისთვის, რომ განვსაზღვროთ, როდის მიაღწევენ ელექტრონები ანოდს.

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი აღმოაჩინა 1887 წელს ჰაინრიხ ჰერცის მიერ. ღია რეზონატორთან მუშაობისას მან შენიშნა, რომ თუ ულტრაიისფერ შუქს ანათებთ თუთიის ნაპერწკლების უფსკრული, მაშინ ნაპერწკლის გავლა შესამჩნევად გაადვილდება.

1888-1890 წლებში ფოტოელექტრული ეფექტი სისტემატურად შეისწავლა რუსმა ფიზიკოსმა ალექსანდრე სტოლეტოვმა, რომელმაც გამოაქვეყნა 6 ნაშრომი. მან გააკეთა რამდენიმე მნიშვნელოვანი აღმოჩენა ამ სფეროში, მათ შორის გარე ფოტოელექტრული ეფექტის პირველი კანონი.

სტოლეტოვი ასევე მივიდა დასკვნამდე, რომ "გამომშვებ ეფექტს ფლობს, თუ არა ექსკლუზიურად, მაშინ უზარმაზარი უპირატესობა სხვა სხივებთან შედარებით, უმაღლესი რეფრაქციის სხივებით, რომლებიც არ არის მზის სპექტრში", ანუ ის მიუახლოვდა. დასკვნამდე, რომ არსებობს ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვარი. 1891 წელს ელსტერი და გეიტელი ტუტე ლითონების შესწავლისას მივიდნენ დასკვნამდე, რომ რაც უფრო მაღალია ლითონის ელექტროპოზიტიურობა, მით უფრო დაბალია ათვლის სიხშირე, რომლითაც იგი ხდება ფოტომგრძნობიარე.

ტომსონმა 1898 წელს ექსპერიმენტულად დაადგინა, რომ ელექტრული მუხტის ნაკადი, რომელიც წარმოიქმნება ლითონისგან გარე ფოტოელექტრული ეფექტის დროს, არის მის მიერ ადრე აღმოჩენილი ნაწილაკების ნაკადი (მოგვიანებით ეწოდა ელექტრონები). მაშასადამე, გაზრდილი განათების დროს ფოტოდინების ზრდა უნდა გავიგოთ, როგორც გამოდევნილი ელექტრონების რაოდენობის ზრდა მზარდი განათებით.

1900-1902 წლებში ფილიპ ლენარდის მიერ ფოტოელექტრული ეფექტის კვლევებმა აჩვენა, რომ კლასიკური ელექტროდინამიკის საწინააღმდეგოდ, გამოსხივებული ელექტრონის ენერგია ყოველთვის მკაცრად არის დაკავშირებული ინციდენტის გამოსხივების სიხშირესთან და პრაქტიკულად არ არის დამოკიდებული დასხივების ინტენსივობაზე.

იხ. ვიდეო ფოტოეფექტი

ფოტოელექტრული ეფექტი 1905 წელს ახსნა ალბერტ აინშტაინმა (რისთვისაც მან მიიღო ნობელის პრემია 1921 წელს შვედი ფიზიკოსის კარლ ვილჰელმ ოსენის ნომინაციის წყალობით) მაქს პლანკის ჰიპოთეზაზე დაყრდნობით სინათლის კვანტური ბუნების შესახებ. აინშტაინის ნამუშევარი შეიცავდა მნიშვნელოვან ახალ ჰიპოთეზას - თუ პლანკი 1900 წელს ვარაუდობდა, რომ სინათლე გამოიყოფა მხოლოდ კვანტიზებული ნაწილებით, მაშინ აინშტაინს უკვე სჯეროდა, რომ სინათლე არსებობს მხოლოდ კვანტიზებული ნაწილების (ფოტონების) სახით თითოეული ენერგიით hν, სადაც h არის პლანკის მუდმივი.

1906-1915 წლებში ფოტოელექტრული ეფექტი დაამუშავა რობერტ მილიკენმა. მან შეძლო დაედგინა ბლოკირების ძაბვის ზუსტი დამოკიდებულება სიხშირეზე (რომელიც რეალურად წრფივი აღმოჩნდა) და აქედან შეძლო პლანკის მუდმივის გამოთვლა. „ჩემი ცხოვრების ათი წელი გავატარე 1905 წლის აინშტაინის განტოლების გადამოწმებაზე“, წერდა მილიკანი, „და ყველა ჩემი მოლოდინის საწინააღმდეგოდ, იძულებული გავხდი 1915 წელს უპირობოდ მეღიარებინა, რომ ის ექსპერიმენტულად დადასტურდა, მიუხედავად მისი აბსურდულობისა, რადგან ჩანდა, რომ ეს იყო. ეწინააღმდეგება ყველაფერს, რაც ვიცით სინათლის ჩარევის შესახებ“. 1923 წელს მილიკანს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში " ელემენტარული ელექტრული მუხტისა და ფოტოელექტრული ეფექტის განსაზღვრაში მუშაობისთვის".

ფოტოელექტრული ეფექტის კვლევა ერთ-ერთი ყველაზე ადრეული კვანტური მექანიკური კვლევა იყო.

იხ. ვიდეო

თანამედროვე კვლევა

როგორც აჩვენა გერმანიის ეროვნული მეტროლოგიის ინსტიტუტის Physikalisch-Technische Bundesanstalt-ის ექსპერიმენტებმა, რომელთა შედეგები გამოქვეყნდა 2009 წლის 24 აპრილს Physical Review Letters-ში, რბილი რენტგენის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში რამდენიმე პეტავატის სიმძლავრის სიმკვრივეზე. 1015 W) კვადრატულ სანტიმეტრზე, ზოგადად მიღებული თეორიული ფოტოელექტრული ეფექტის მოდელი შეიძლება იყოს არასწორი.

სხვადასხვა მასალის შედარებითმა რაოდენობრივმა კვლევებმა აჩვენა, რომ რადიაციასა და მატერიას შორის ურთიერთქმედების სიღრმე მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული ამ ნივთიერების ატომების სტრუქტურაზე და შიდა ელექტრონულ გარსებს შორის არსებულ კორელაციაზე. ქსენონის შემთხვევაში, რომელიც გამოიყენებოდა ექსპერიმენტებში, ფოტონის პაკეტის მოქმედება მოკლე პულსში, როგორც ჩანს, იწვევს მრავალი ელექტრონის ერთდროულ გამოყოფას შიდა გარსებიდან.

იხ. ვიდეო - Урок 435. Теория фотоэффекта. Фотоэлементы