§ 4 Photoeffect intern. fotocelule
Efectul fotoefectului intern este redistribuirea electronilor asupra nivelurilor de energie din dielectrici și semiconductori (dar nu și din metale) sub acțiunea luminii. Dacă energia fotonului hv al luminii incidente depășește lărgimea benzii interzise în dielectric sau semiconductor, atunci electronul care a absorbit quantumul trece de la banda de valență la banda de conducție. Ca urmare a acestei tranziții, se formează o pereche de purtători: un electron în banda de conducție și o gaură în banda de valență. Astfel, purtătorii de sarcină apar în banda de conducție, iar atunci când semiconductorul este introdus în circuit, un curent va curge prin el sau un curent va curge prin aplicarea unui câmp electric extern, care variază în funcție de iluminare.
Rezultatul fotoefectului intern are ca rezultat:
- La o schimbare a concentrației purtătorului în banda de conducție (adică schimbarea conductivității);
- Apariția unei fotografii emf.
Utilizarea efectului fotoelectric intern se bazează pe acțiunea fotocelulelor - dispozitive care transformă energia luminii în energie electrică sau își schimbă proprietățile sub influența luminii incidente.
Proprietăți Modificarea locul de muncă ka efect fotoelectric intern: fotorezistor (FS), o fotodiodă (PD), fototranzistori (PT), Fotorezistul, fotomikroskhemy. O pereche optoelectronică - o sursă de lumină și un fotodetector sunt închise într-o carcasă - ele sunt utilizate pentru izolarea galvanică a circuitelor.
Dispozitivele care transformă energia luminoasă în energie electrică utilizează efectul poarta (un fel de efect fotoelectric intern) - apariția unei fotografii emf la joncțiunea pn sau la limita unui metal cu semiconductori. Dispozitivele cu efect fotoelectric ventilat sunt utilizate în camere, în baterii solare, în calculatoare, pe sateliți, în unele case. Camerele foto sunt de asemenea utilizate în fotometrie, spectrometrie, astrofizică, biologie etc.
Masa și impulsul unui foton. Presiune ușoară
- Un foton este un cuantum de lumină. Conform ipotezei cuantice a luminii lui Einstein, emisia, absorbția și propagarea luminii apare în porțiuni discrete (quanta) numite fotoni (foto-lumină). Energia fotonică:
Einstein a primit o formulă care leagă masa și energia. Formula lui Einstein:
Pentru un foton E = E0. Prin urmare. Prin urmare, masa fotonului:
Photon diferite de organismele macroscopice și a particulelor elementare prin aceea că acesta este un fascicul particulelor elementare, care în orice mișcare medie la viteza luminii și nu se sprijină masa de repaus m0fotona = 0.Massa - o masă, care are o particulă când V = 0, adică. despre. nu există fotoni de odihnă. Dacă lumina este oprită, înseamnă că energia luminii este absorbită de substanță și nu va mai fi lumină. Masa trebuie avută în vedere în masă câmp foton, acest lucru înseamnă că lumina are o greutate asociată cu un câmp elementar al undei de lumină. Un foton are energie, dar fiecare energie corespunde unei mase (aceasta rezultă din). Dacă prin electromagnetic de energie câmp E, atunci m trebuie înțeleasă de masa câmpului electromagnetic al undei de lumină, deci câmpul, ca materia, are energie și masă. Câmpul este una dintre formele existenței materiei. Prezența energiei și a masei la câmp este o dovadă a materializării câmpului electromagnetic.
- În plus față de energie și masă, fotonul are un moment P. În teoria generală a relativității, se obține o relație între energie și impuls:
unde c = 3 × 10 8 m / s,
Din cele de mai sus rezultă că un foton, ca orice altă particulă, are energie, impuls și masă. Aceste caracteristici corporalistice ale unui foton sunt legate de caracteristica de undă a frecvenței luminii:
Dovezile experimentale ale prezenței unui puls foton sunt presiunea ușoară. Incidenta radiatiilor de pe suprafata corpului exercita o presiune asupra ei. Vectorul în electroni conduce la mișcarea ordonată a sarcinilor elementare în materie, iar câmpul magnetic acționează asupra acestor încărcări cu forța Lorentz. Această forță este îndreptată spre propagarea radiației. Rezultatul tuturor acestor forțe este perceput ca presiunea exercitată de radiație asupra corpului. Aceasta este o explicație a presiunii din punct de vedere al undelor. Din punctul de vedere al teoriei cuantice, presiunea luminii pe suprafață se datorează faptului că fiecare foton, atunci când se ciocnește cu suprafața, îi transmite impulsul.
Lăsați lumina să cadă pe suprafața normală. Dacă pe unitatea de timp (t = 1 s) pe unitatea de suprafață (S = 1m 2) a suprafeței corpului se dau fotoni N, apoi pentru coeficientul de reflexie
lumina de la suprafața fotonilor ρ - N este reflectată și (1 - ρ) N - absorbită. Fiecare foton absorbit de suprafață îi va da un impuls
și fiecare reflectat
Presiunea luminii pe suprafață este egală cu impulsul care transferă suprafața la 1 cu fotoni N:
unde - iluminarea energiei - energia tuturor fotonilor, care se încadrează pe unitatea de suprafață pe unitate de timp, - densitatea volumului de energie.
Presiune ușoară la incidență normală
Presiune ușoară dacă lumina cade sub un unghi і.
Numărul de fotoni pe unitatea de volum (concentrația de fotoni):
Numărul de fotoni care se încadrează pe unitate de timp pe unitate de suprafață:
Un alt efect, care manifestă proprietăți corpusculare a luminii este efectul Compton (1923), care constă în schimbarea lungimii de undă a atomilor de lumină împrăștiate (parafină, grafit, bor) x-ray radiație.
- Lungimea de undă Compton este determinată de masa substanței studiate.
Explicația efectului Compton este dată pe baza unor concepte cuantice despre natura luminii.
La atomii usori, electronii sunt slab legati de nuclee, deci electronii pot fi considerati liberi. Apoi, efectul Compton este rezultatul unei coliziuni elastice a fotonilor cu raze X cu electroni liberi. Legea conservării energiei și legea conservării impulsului sunt îndeplinite pentru o coliziune elastică.
Legea conservării energiei pentru efectul Compton (energia sistemului înainte de interacțiune este egală cu energia sistemului după interacțiune)
unde hν este energia fotonului incident,
hν 'este energia fotonului împrăștiat,
Legea conservării impulsului pentru efectul Compton:
- impulsul fotonului incident;
p 'este impulsul electronului recul;
- impulsul fotonului împrăștiat.
Masa unei particule relativiste
Noi o luăm în considerare și luăm în considerare acest lucru
Comparând (3) și (4), obținem:
Multiplicați și primiți
Corpuscular-val dualitatea proprietatilor de lumina
În astfel de experimente precum interferența, difracția, polarizarea, dispersia, proprietățile undelor luminii se manifestă și caracteristica valului este folosită pentru a descrie lumina: λ, ν. Efectele optice cuantice radiație termică, efectul fotoelectric, efectul fotochimică luminii, presiune scazuta, efectul Compton, lumina se comportă ca o caracteristici ale particulelor și ale particulelor sunt utilizate pentru a descrie: impuls în masă. Dezvoltarea de sisteme optice, întregul set de fenomene optice au arătat că continuitatea caracteristicii câmpului electromagnetic al undei de lumină nu ar trebui să fie opus proprietăți caracteristice discrete de fotoni. Lumina are proprietăți complexe ale undei particulare: are proprietăți val și cuantice - dualismul valurilor corpusulare cu proprietăți luminoase.
Relația dintre proprietățile particulelor și ale undelor de lumină reflectă formulele pentru energia, impulsul și masa fotonului:
Proprietățile valurilor joacă un anumit rol în legile propagării, interferenței, difracției, polarizării și corpusului lumina în procesele de interacțiune a luminii cu materia. Mai mare decât λ (mai mică de ν), cu atât mai mici sunt p și E ale fotonului și cu atât este mai dificil să se detecteze proprietățile cuantice ale luminii (de exemplu, efectul photoeffect apare numai când hv> Avyx). Cu cât mai mic de λ (mai mare de ν), cu atât este mai dificil să detectăm proprietățile undelor luminii. De exemplu, raze X λ
10 - 10 m diferă doar pe rețeaua cristalină a Solidului.
Relația dintre proprietățile undelor și proprietățile corpustice ale luminii este explicată prin metode statice.
Proprietățile valurilor sunt inerente nu numai într-un set mare de fotoni, ci și separat pentru fiecare foton.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: