Что называется красной границей и порогом фотоэффекта?

 

Закон Эйнштейна: максимальная энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света и не зависит от интенсивности облучения.

Поглощение и испускание света телами происходит отдельными порциями - квантами, которые характеризуются энергией:

.

Данная энергия расходуется в двух направлениях:

1. На преодоление сил, удерживающих электрон в металле, то есть на
совершение так называемой работы выхода электрона А..

2. И как результат на сообщение электрону кинетической энергии:

.

Отсюда ,

где m - масса электрона, V - скорость его движения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что фотоэффект наблюдается не при любом освещении любого предмета, а только лишь в том случае, когда , то есть энергия светового кванта будет больше работы, затраченной на выход электрона. Из этой формулы можно вычислить порог фотоэффекта, то есть такую наименьшую частоту света, при которой ещё наблюдается явление фотоэффекта. При этом энергии кванта достаточно только на совершение работы выхода электрона из металла, но сообщить кинетическую энергию квант уже не может (V = 0). Отсюда понятно, что порог фотоэффекта определяется только работой выхода электрона (А) из поверхности данного металла. Учитывая, что , вводят понятие о красной границе фотоэффекта.

Красная граница фотоэффекта - та наибольшая длина волны света, при которой еще наблюдается фотоэффект. Для различных металлов порог фотоэффекта, а, следовательно, и красная граница фотоэффекта будут иметь различные величины, например:

Металл Cs К Na Zi Та Ag Ni Pt

λ, нм1400 760 680 526 305 268 246 196

Электроны из атомов Cs выбиваются квантами света, обладающими меньшей энергией, чем из калия, натрия, лития. Их порог фотоэффекта лежит в видимой области; следовательно, при облучении этих элементов лучами видимого света и даже инфракрасной частью спектра (Cs, К, Na, Zi) фотоэффект будет наблюдаться. У всех оставшихся элементов красная граница фотоэффекта лежит в ультрафиолетовой области; следовательно, чтобы получить фотоэффект у этих металлов необходимо ультрафиолетовое облучение, а не освещение видимым или инфракрасным светом, так как в этом случае кванты света не обладают нужным запасом энергии. Поэтому для изготовления фотоэлементов обычно применяют щелочные металлы.

 

 

Каково устройство и принцип действия фотоэлемента, работающего на

Внутреннем фотоэффекте (селеновый фотоэлемент)?

 

Фотоэлементы с запирающимся слоем. Из вентильных фото­элементов с запирающимся слоем наибольшее распространение получил селеновый фотоэлемент (рис.4.). Они представляет собой железную пластинку (1), покрытую слоем элементарного селена (2), поверхность селена покрыта очень тонкой полупрозрачной плёнкой золота или платины (3), на которое помещено металлическое контактное кольцо (4). Для защиты фотоэлемент помещают в футляр из пластмассы с выводами от контактов, отверстие прикрывают тонкой стеклянной пластинкой или целлулоидной плёнкой. Принцип действия фотоэлемента заключается в следующем.

Рис. 4. Устройство селенового

фотоэлемента.

Селеновые фотоэлементы применяются в фотоколориметре ФЭК - М, ФЭК-56.

Характеристика:

1. Селеновые элементы обладают большой интегральной
чувствительностью (350-500 мА/ лм), что позволяет использовать
гальванометры с чувствительностью 10^-6 - 10^-7А.

2. Обладают малой инертностью, то есть после выключения источника
света величина фототока не ползёт.

3. Селеновые фотоэлементы дешёвые и механически прочные.

4. Спектральная чувствительность глаза и селенового фотоэлемента
близки: правая граница - инфракрасные лучи, левая - ультрафиолетовые.

5. Доброкачественные фотоэлементы уменьшают свою чувствительность
на протяжении года не более чем на 1 %. Селеновые фотоэлементы стареют, то есть со временем вырабатывают меньший ток (рис.5).

Рис. 5. Зависимость чувствительности фотоэлемента от времени

τ₃ > τ₂ > τ₁ > τ₀ .

В настоящее время, селеновые фотоэлементы употребляются наиболее часто, однако, будущего у них нет, от них постепенно отказываются и со временем заменят лучшими образцами.