|
[[Файл:Photoelectric_effect.png|thumb|right|275px|Ілюстрація вибивання фотоелектронів із металевої пластини.]]
'''Фотоефе́кт''' — явище «вибивання» [[світло]]м [[електрон]]ів із [[метал]]івречовини. Це повне або часткове вивільнення електронів від зв'язків з ядрами атомів речовини внаслідок дії на неї електромагнітного проміння (світла, рентгенівського чи гамма-променів).
Розрізняють: ''зовнішній фотоефект'' – — вибивання електронів під дією світла (фотоелектронна емісія), [[Гамма-промені|гамма-випромінювання]] тощо; '''''внутрішній фотоефект''''' – — збільшення електропровідності напівпровідників або діелектриків під дією світла ([[фотопровідність]]); ''вентильний фотоефект'' – — збудження світлом [[Електрорушійна сила|електрорушійної сили]] на межі між металом і напівпровідником або між різнорідними напівпровідниками ([[pP-n -перехід|р-n перехід]]).
Фотоефект застосовується в ряді аналізаторів речовини. Явище фотоефекту покладено в основу дії [[фотоелемент]]ів.
== Історія дослідження фотоефекту ==
Вперше прямий вплив світла на електрику виявив німецький фізик [[Генріх Герц]] під час дослідів з електроіскровими вібраторами. Герц встановив, що заряджений провідник, освітлений [[ультрафіолетУльтрафіолетове випромінювання|ультрафіолетовим промінням]], швидко втрачає свій заряд, а електрична іскра виникає в іскровому проміжку при меншій різниці потенціалів. Помічене явище було описане Герцом в його статтях 1887–18881887—1888 років, але залишилося без пояснення, оскільки фізичну природу його він не знав. Не зуміли правильно пояснити дію світла на заряди і німецький фізик {{Нп|Вільгельм Гальвакс|Гальвакс|ru|Гальвакс, Вильгельм}}, італійський фізик {{Нп|Августо Рігі|Рігі|ru|Риги, Аугусто}}. Англійський фізик {{Iw|Олівер Джозеф Лодж|Лодж|ru|Лодж, Оливер Джозеф}}, який, демонструючидемонстрував в 1894 році досліди Герца в своїй знаменитій лекції «Творіння Герца», лише припустив хімічну природу явища. І це недивно, осклількиоскільки [[електрон]] буде відкритий [[Джозеф Джон Томсон|Джозефом Джоном Томсоном]] лише в 1897 році, а без згадки про електрон пояснити фотоефект неможливо.
Проте 26 лютого 1888 року російський учений [[Столєтов Олександр Григорович|Олександр Григорович Столєтов]] (1839–18961839—1896) здійснив дослід, що наочно продемонстрував зовнішній фотоефект і показав істинну природу та характер впливу світла на електрику. Перші досліди ззі світлом Столєтов проводив іззі звичним [[електроскоп]]ом. Освітлюючи електричною [[дугаРозряд Петровадуговий|дугою Петрова]] [[цинк]]ову пластину, заряджену негативно і сполучену з електроскопом, він виявив, що заряд швидко зникав, тоді як позитивний заряд не знищувався.
Припустімо, що при опроміненні світлом з поверхні вилітають електрони. Тоді при освітлені негативної цинкової пластинки електрони вилітають і ще додатково відштовхуються електричним полем пластинки. Тому негативний заряд швидко зникає. Інша річ із позитивним зарядом. Якщо електрон вилетів, то його, з одного боку, притягує електричне поле пластинки, з другогоіншого, його виліт не зменшує, а збільшує позитивний заряд пластинки.
Столєтов назвав відкритий ефект активно-електричним розрядом. Електронна природа фотоефекту була показана в 1899 році Дж. Дж. Томсоном і в 1900 році [[ФіліпФіліпп Едуард Антон фон Ленард|Ленардом]].
Для постановки точних дослідів Столєтов створив експериментальний прилад, що став прообразом сучасних [[фотоелемент]]ів. Прилад складався з двох плоскопаралельних дисків, один з яких був сітчастий і пропускав світлове випромінювання.
До дисків підводилася напруга від 0 до 250 В, причому до суцільного диска підключався негативний полюс батареї. При освітленні суцільного диска ультрафіолетовим світлом включенийувімкнений у [[електричне коло|коло]] чутливий [[гальванометр]] відзначав протікання струму, незважаючи на наявність повітря між дисками. Продовжуючи досліди, Столєтов встановив залежність фотоструму від величини напруги батареї та інтенсивності світлового пучка. Подальші роботи привели до створення першого у світі фотоелемента, що був скляним балоном з кварцовим вікном для пропускання ультрафіолетового проміння. Всередину балона поміщалися [[електрод]]и, один з яких був чутливий до світла, газ відкачувався. Сучасні фотоелементи відрізняються від першого лише конструкцією електродів та їхньою структурою.
== Три закони фотоефекту ==
: <math> E = h \nu </math>,
де <math> E </math> — -енергія фотона, ''h'' — стала Планка, <math> \nu </math> — лінійна частота.
Ейнштейн висловив припущення, що фотоефект відбувається внаслідок поглинання електроном одного кванта випромінювання, а інші кванти не можуть брати участь у цьому процесі. Тоді енергія одного кванта світла (фотона) витрачається на подолання бар'єру (виконання роботи виходу, відриву від матеріалу) і надання кінетичної енергії фотоелектрону.
Щоб вивільнити електрон із металу йому необхідно передати [[енергія|енергію]], більшу за [[робота виходу|роботу виходу]].
Теоретичне пояснення явища дав [[Альберт Ейнштейн]], за що отримав [[Нобелівська премія з фізики|Нобелівську премію]]. Ейнштейн використав гіпотезу [[Макс Планк|Макса Планка]] про те, що світло випромінюється порціями ([[квант]]ами) із енергією, пропорційною [[частота|частоті]]. Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення.
Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів
від довжини хвилі опромінення.
: <math> h\nu = \frac{mv^2}{2} + A </math>,
де ν — частота світла, h — [[стала Планка]], m — [[маса електрона]], v — його [[швидкість]], A — [[робота виходу]].
Робота Ейнштейна мала велике значення для розвитку ідей [[квантова механіка|квантової механіки]] взагалі та [[квантова оптика|квантової оптики]] зокрема . За теоретичне пояснення явища фотоефекту [[Альберт Ейнштейн]] у 1921 році отримав [[Нобелівська премія з фізики|Нобелівську премію]]. ▼
▲Робота Ейнштейна мала велике значення для розвитку ідей [[квантова механіка|квантової механіки]] взагалі та [[квантова оптика|квантової оптики]] зокрема.
| 