Fotoelektrický jev

13. únor 2012 | 15.07 |

Fotoelektrický jev či fotoefekt je fyzikální jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (vyzařovány, emitovány) z látky (nejčastěji z kovu) v důsledku absorpceelektromagnetického záření (např. rentgenové záření nebo viditelného světla) látkou. Emitované elektrony jsou pak označovány jako fotoelektrony a jejich uvolňování se označuje jako fotoelektrická emise (fotoemise).

Pokud jev probíhá na povrchu látky, tzn. působením vnějšího elektromagnetického záření se elektrony uvolňují do okolí látky, hovoří se o vnějším fotoelektrickém jevu. Fotoelektrický jev však může probíhat i uvnitř látky, kdy uvolněné elektrony látku neopouští, ale zůstávají v ní jako vodivostní elektrony. V takovém případě se hovoří o vnitřním fotoelektrickém jevu.

Pokud na látku dopadají elektrony, které způsobují vyzařování fotonů, mluví se o inverzním (obráceném) fotoelektrickém jevu.

Studium fotoelektrického jevu mělo vliv na pochopení duality vln a částic.

Bylo zjištěno, že při osvětlení některých látek (především kovy) se tyto látky nabijí. Např. zinek osvětlený ultrafialovým světlem se nabije kladně.

Při ozáření vzorku spektrem elektromagnetického vlnění byly přitom pohlceny krátké vlnové délky a delší vlny ve spektru zůstaly.

Pro krátké vlnové délky došlo k emisi vodivostních elektronů z kovu. Počet těchto elektronů rostl s intenzitou vlnění. Jev byl ale pozorován jen pro krátké vlnové délky, pro velké délky vln jev nenastal při libovolné intenzitě. Pro krátké vlnové délky se se zvýšením intenzity dopadajícího záření zvyšoval počet uvolněných elektronů, avšak intenzita neovlivnila energii těchto elektronů.

Podle představ klasické fyziky by elektronům měla být předána kinetická energie dopadajícího elektromagnetického vlnění. Energie elektromagnetických vln souvisí s intenzitou záření, tzn. energie vyzařovaných elektronů by měla záviset na intenzitě dopadajícího záření. Experimenty však ukázaly, že kinetická energie vyzařovaných elektronů je závislá na frekvenci a nikoliv na intenzitě dopadajícího záření.

Experimentálně bylo zjištěno, že pokud frekvence dopadajícího záření klesne pod tzv. mezní (prahový) kmitočet ν0, fotoemise se neobjevuje. Mezní frekvence je charakteristickou vlastností každé látky. Pokud je frekvence ν dopadajícího záření vyšší než mezní frekvence ν0, mají fotoelektrony energii v rozmezí od nuly do určité maximální hodnoty Emax. Maximální hodnota energie Emax je lineární funkcí frekvence a platí pro ni vztah

Emax = h(ν − ν0) = hν − hν0,

kde h je Planckova konstanta.

Tyto vlastnosti fotoelektrického jevu není klasická fyzika schopná vysvětlit.

Fotoelektrický jev umožňuje využití solární energie a vytvoření fotočlánků, např. fotodiody nebo fototranzistoru.

Vnitřní fotoelektrický jev našel uplatnění především i na světlo citlivých polovodičů. Při osvětlení se uvolňují v polovodičích elektrony z atomových orbitalů a ty se pak mohou uplatnit jako nosiče proudu. Fotodiody se využívají například v solárních kalkulačkách.

Fotoelektrický jev v roce 1887 poprvé popsal Heinrich Hertz. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu.

Kvantové vysvětlení poskytl Albert Einstein. Einstein za vysvětlení fotoelektrického jevu a za svůj přínos k teoretické fyzice dostal Nobelovu cenu v roce 1921. Nutno říct, že k tomu byla spíše politická pohnutka, kdy jeho teorie relativity nebyla ještě všeobecně přijatá, a tak Nobelova komise obdařila Einsteina nobelovou cenou za dílčí obecně přijatý výsledek na poli kvantové fyziky a pro jistotu přidala komentář o zásluhách o teoretickou fyziku, kdyby snad na teorii relativity něco bylo.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

 zatím nebyl vložen žádný komentář