Исследовательский проект по физике «Фотоэффект».

Исследовательский проект по физике«Фотоэффект» 

Выполнил:
Белов Денис Романович
ученик 10 класса
 
Руководитель:
Белова Татьяна Анатольевна
учитель физики
 

1839 г. - А. Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в электролите.
1873 г. - Виллоби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим.
1873 г. - первые сообщения о зависимости сопротивления селена от освещения.
1875 г. - построение первого селенового фотоэлемента, использующего это свойство.
1876 г. - первый селеновый фотоэлемент с запирающим слоем.
1887 г. – открытие Г. Герцем внешнего фотоэффекта.
1888 г. – итальянский ученый Аугусто Риги обнаружил, что проводящая пластинка, освещенная пучком ультрафиолетовых лучей, заряжается положительно; ввел термин фотоэлектрические явления.
1888 г. - А. Г. Столетовым выполнены фундаментальные работы по исследованию фотоэмиссии и сформулированы основные законы внешнего фотоэффекта.
1889 г. - Ф. Ленард и Дж. Дж. Томсон доказали, что при фотоэффекте испускаются электроны.
1889 г. - Эльстер и Гейтель построили первый вакуумный фотоэлемент с фотокатодом из сплава натрия и калия.
1905 г. - А. Эйнштейн объяснил основные закономерности фотоэффекта на основе гипотезы М. Планка о квантовой природе света. 1921 г. - Нобелевская премия.

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. Если явление сопровождается выходом электронов за пределы вещества, фотоэффект называют внешним, если не сопровождается – внутренним. Во втором случае он проявляется в изменении концентрации электронов и других носителей зарядов в различных частях вещества, изменяя его электрические и оптические свойства.

На основании закона сохранения энергии:





Смысл уравнения Эйнштейна:
энергия кванта тратится на работу выхода электрона из металла и сообщение электрону кинетической энергии.
ν - частота падающего света,
m - масса электрона (фотоэлектрона),
υ - скорость электрона,
h - постоянная Планка,
A - работа выхода электронов из металла.

Уравнение Эйнштейна

Исследование фотоэффекта

Для проведения исследования используется вакуумный стеклянный баллон с двумя электродами. Через кварцевое стекло, прозрачное не только для видимого света, но и для ультрафиолетового излучения, на катод падает свет. На электроды подается напряжение, которое можно менять с помощью потенциометра. Ток в цепи измеряется миллиамперметром.

Значения фототока при различных значениях напряжения 

При некотором напряжении сила тока достигает максимального значения, после чего перестает увеличиваться. Максимальное значение силы тока называется током насыщения Iн. Сила тока насыщения определяется числом электронов, испускаемых за 1 с освещаемым электродом. Если приложить обратное напряжение, то электроны тормозятся и ток уменьшается. При так называемом запирающем напряжении фототок прекращается.

Зависимость силы тока насыщения от интенсивности светового потока

При увеличении интенсивности светового потока в 2 раза сила тока насыщения также возрастает в 2 раза.
Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку.

Зависимость запирающего напряжения от частоты (длины) падающего света при неизменном световом потоке. 

Если частота увеличивается (длина уменьшается), то и запирающее напряжение увеличивается, а, следовательно, увеличивается кинетическая энергия фотоэлектронов. Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растет с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Красная граница фотоэффекта.

Применение фотоэффекта

Фотоэффект «работает» в специальных светочувствительных приборах, таких как, фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Благодаря этому можно считать детали на конвейере или производить автоматическое включение и выключение различных механизмов (маяки, уличное освещение, автоматическое открывание дверей и др.). Также благодаря внутреннему фотоэффекту можно преобразовывать изображение в электрические сигналы и передавать на расстояние (телевидение).
Наиболее крупномасштабное применение фотоэффекта сегодня – это солнечные электростанции.

Фоторезистор