Zjawisko Fotoelektryczne Zewnętrzne

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE ZEWNĘTRZNE

Fotoelektryczne zjawiska to ogół zjawisk spowodowanych oddziaływaniem substancji z promieniowaniem świetlnym. Związane jest z przekazywaniem energii fotonów pojedynczym elektronom. Rozróżnia się fotoelektryczne zjawisko zewnętrzne (emisja elektronów z danej substancji pod wpływem światła; opuszczające substancję na skutek zjawiska fotoelektrycznego elektrony nazywa się fotoelektronami, a powstały przy ich uporządkowanym ruchu w zewnętrznym polu elektrycznym prąd - prądem fotoelektrycznym), fotoelektryczne zjawisko wewnętrzne (zmiana energetycznego rozkładu elektronów w stałych i ciekłych półprzewodnikach i dielektrykach spowodowana oddziaływaniem światła z substancją; przejawia się ono w zmianie koncentracji nośników prądu w ośrodku i w efekcie doprowadza do fotoprzewodnictwa lub zjawiska fotoelektrycznego w warstwie zaporowej), fotoelektryczne zjawisko zaworowe (powstawanie SEM na styku dwóch materiałów pod wpływem światła, np. w złączu p-n), zjawisko fotoelektryczne w gazach (fotojonizacja). Zjawiska fotoelektryczne wykorzystywane są w fotoelementach. Badania fotoelektrycznego zjawiska zewnętrznego, którego wyjaśnienie wymagało wysunięcia postulatu kwantowej natury światła (A. Einstein), miało doniosłe znaczenie dla rozwoju fizyki.

FOTOELEMENTY

Fotometry, przyrządy służące do pomiaru wielkości fotometrycznych. Rozróżnia się fotometry wizualne (w których rejestratorem jest oko ludzkie, zazwyczaj pomiar jest porównawczy) i fotometry obiektywne (rejestracja obiektywna, elektroniczna). Do badania jasności źródła światła w funkcji długości fali świetlnej stosuje się spektrofotometry. Szczególne fotometry to luksomierze (do pomiaru natężenia promieniowania), ławy fotometryczne (mierzące światłość), densytometry (pomiar gęstości optycznej), nefelometry (pomiar światłości światła rozproszonego), kolorymetry. Najprostsze fotometry to fotometry wizualne.
1) Fotometr Bunsena - ekran w postaci kartki papieru z tłustą plamą umieszczony na ławie optycznej pomiędzy dwoma źródłami światła. Oświetlając ekran z obu stron jednocześnie światłem tak, by plama zniknęła, co dzieje się przy jednakowych natężeniach oświetlenia od obu świateł, znając natężenie jednego źródła światła i znając ich odległości od ekranu, można ocenić natężenie badanego światła. 2) Fotometr Lummera - Brodhuna - zasada działania podobna do powyższej, ekran zastąpiony jest tzw. kostką fotometryczną. Dwoma sklejonymi ze sobą pryzmatami, jeden z nich jest specjalnie zeszlifowany. 3) Fotometr z wirującym sektorem, modyfikacja fotometru Lummera - Brodhuna, w której na drodze wzorcowego źródła światła umieszczona jest wirująca tarcza z wyciętym klinem o kącie wierzchołkowym ?, bezwładność oka powoduje, że obserwuje się wtedy źródło światła o jasności mniejszej od rzeczywistej o czynnik ?/360°. 4) Fotometr z klinem z czarnego szkła, zasada działania jest analogiczna do przedstawionej w 3, osłabienie uzyskuje się poprzez absorpcję spowodowaną odpowiednim wsunięciem w promień świetlny klina. 5) Fotometr kulisty Ulbrichta. Służy do pomiaru średniej światłości światła. Źródło światła umieszcza się w kuli o średnicy rzędu kilku metrów, o białych matowych wewnętrznych powierzchniach i posiadającej mały otwór w ściance. Pomiar jasności otworu służy ocenieniu średniej światłości.
Fotometry obiektywne (zazwyczaj spektrofotometry) działają w oparciu o zjawiska fotoelektryczne (fotoogniwa, fotoelementy, fotodiody, fotorezystory) lub termoelektryczne (zogniskowany strumień światła zmienia temperaturę czujnika). Padający strumień światła wytwarza bądź modyfikuje prąd elektryczny, który dzięki odpowiedniemu wykalibrowaniu fotometru służy do oceny wielkości fotometrycznych charakteryzujących dane źródło światła.
Ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo, element półprzewodnikowy, w którym następuje konwersja energii światła na energię elektryczną (fotoelektryczne zjawiska, fotowoltaiczne zjawisko, helioenergetyka).
Fotorezystor, fotoopornik, rezystor fotoelektryczny, element półprzewodnikowy o zmiennej pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego (zwykle optycznego) rezystancji. Zasada działania fotorezystora oparta jest na wewnętrznym zjawisku fotoelektrycznym (zjawisku fotoprzewodnictwa).
Światłoczułą część fotorezystora stanowi zwykle cienka warstwa półprzewodnika umieszczona na podłożu izolacyjnym razem z elektrodami metalowymi; w obudowie fotorezystora znajduje się otwór do przepuszczania promieniowania. Podstawowe parametry fotorezystora to: czułość widmowa, rezystancja ciemna i jasna, napięcie robocze i moc strat.
Fototranzystor, półprzewodnikowy fotoelement czynny, którego wartość wyjściowego prądu elektrycznego zależy od natężenia promieniowania elektromagnetycznego (zwykle optycznego); różni się fotodiody istnieniem wzmocnienia prądu fotoelektrycznego.
Fototranzystory stosowane są jako fotodetektory w transoptorach, czujniki fotoelektryczne w automatyce i innych układach pomiarowych.
Fotodioda, rodzaj diody półprzewodnikowej, spolaryzowanej zaporowo, przez którą w warunkach braku oświetlenia płynie bardzo mały prąd (tzw. prąd ciemny wywołany cieplnym ruchem nośników prądu) wzrastający pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego (z zakresu optycznego).
Przy oświetleniu fotodiody wytwarzają się nośniki prądu (pary elektron - dziura), w wyniku czego pojawia się prąd, proporcjonalny do strumienia światła. Charakterystyka widmowa fotodiody zależy od rodzaju wykorzystanego materiału półprzewodnikowego. Fotodiody stosowane są m.in. w fotometrii, przy odtwarzaniu zapisu dźwiękowego z taśmy filmowej, w urządzeniach automatyki przemysłowej.
Fotokomórka, urządzenie, którego zasadniczą częścią jest fotoelement. Prąd płynący przez fotokomórkę zależy od ilości promieniowania elektromagnetycznego (np. światła) padającego na fotokatodę. Stosowana w układach automatyki przemysłowej, zabezpieczeniach przed kradzieżami.

EFEKT FOTOELEKTRYCZNY

Efekt fotoelektryczny, zjawisko fotoelektryczne - zjawisko fizyczne polegające na emisji elektonów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), w wyniku naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu. Emitowane w ten sposób elektrony nazywa się czasem fotoelektronami. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości. Gdy oświetlanym ośrodkiem jest gaz mamy do czynienia z tzw. fotojonizacją.

Odkrycie i wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego przyczyniło się do rozwoju korpuskularno-falowej teorii materii, w której obiektom mikroświata przypisywane są jednocześnie własności falowe i materialne (korpuskularne). Wyjaśnienie i matematyczny opis efektu fotoelektrycznego zawdzięczamy albertowi Einstajnowi, który w 1905 roku wykorzystał hipotezę kwantów wysuniętą przez Maxa Plancka w 1900 roku.