Co je to fotoelektrický efekt

V moderním světě se fotovoltaický efekt používá téměř všude: alarmy, solární panely, senzory atd. Pojďme se o takovém objevu dozvědět podrobněji.

Historie objevu fotoelektrického jevu

Fotoelektrický jev byl objeven na konci 19. století, konkrétně v roce 1887 vědcem G. Hertz, který během experimentu zjistil, že jiskrový výboj mezi zinkovými koulemi přeskakuje mnohem snáze, když je jedna z koulí osvětlena ultrafialovým světlem.

Ve stejném roce A. G. Stoletov zjistil, že náboj uvolněný působením světla má negativní znaménko.

V roce 1898 Lenard a Thomson zjistili, že náboj částic, který je vyjmut z látky působením světelného toku, se rovná měrnému náboji elektronu.

Jak vidíte, objev vyvolal skutečný zájem vědecké komunity a téměř okamžitě vyvolal obrovské množství základních otázek.

A to vše proto, že v té době nemohla žádná teorie tento efekt vysvětlit žádným přijatelným způsobem.

Klasická teorie kovů samozřejmě nezakazovala, aby světelný tok vyrazil elektrony z kovu.

Podle klasického uvažování mohly elektromagnetické vlny dobře „vyplavit“ elektrony ze struktury kov stejným způsobem, jak mořské vlny vystupují na hladinu a bijí různé materiály.

Jediným problémem bylo, že fotografický efekt nelze tak snadno vysvětlit, a proto:

1. Elektrony se objevily téměř okamžitě po zahájení procesu ozařování kovu světelným tokem.
2. Jak se ukázalo, fotoelektrický jev se objevil i při nejslabším světelném toku a se zvýšením intenzity záření zůstala energie „vyplavených“ elektronů nezměněna.
3. Fotoefekt je prakticky setrvačný.
4. Každá látka má svou vlastní dolní hranici fotoelektrického jevu. Na této frekvenci je tento účinek stále pozorován.

Tyto faktory nezapadaly do klasického vidění interakce světla s elektrony.

Řešení těchto problémů našel slavný fyzik A. Einstein na samém počátku 20. století. Řešení, které našel, navíc dalo vážný popud vývoji kvantové mechaniky.

Krátce před Einsteinovým objevem tedy další vědec, Max Planck, prokázal, že záření černého těla může být popsat za předpokladu, že atomy mohou v určitých částech energie emitovat i absorbovat světlo - kvantum.

Planck navrhl předpoklad, že takový jev je způsoben specifickou strukturou atomu, a nikoli povahou světla.

A nyní Albert Einstein předložil teorii, že samotné světlo je distribuováno v takzvaných částech, které se nazývají fotony.

V tomto případě mají fotony dvojí povahu a mohou se chovat jako částice a vlna.

Při interakci s elektronem se tedy foton může chovat jako částice a zhruba řečeno doslova vyřadit elektron z jeho atomové dráhy.

Analogicky se nejlépe hodí srážka dvou kulečníkových koulí.

A co je pozoruhodné, k vyřazení elektronu tímto způsobem bude stačit jeden foton. Se zvyšováním intenzity světla se zvyšuje počet fotonů (a tím i počet vyřazených elektronů), ale ne energie samostatně uvažovaného elektronu.

A to znamená, že ani energie ani rychlost fotoelektronu žádným způsobem nezávisí na intenzitě světelného toku. Závislost je pouze na frekvenci.

V důsledku takového uvažování odvodil vědec následující vzorec:

Tato rovnice popisuje energii fotoelektronů.

A ukázalo se, že fotoelektrický efekt není nic jiného než fenomén interakce světelného toku (nebo jiného elektromagnetického záření) s materiálem, ve kterém je elektron vyřazen z atomu látky v důsledku přesného zásahu kvanta světla tok.

Pokud se vám článek líbil, pak nezapomeňte lajk a sdílení materiálu. Děkuji za pozornost!