Фотоэлектрлік құбылыстар

Фотоэлектрлік құбылыстар, фотоэффект — электрмагниттік сәуленің затпен әсерлесуі нәтижесінде пайда болатын электрлік құбылыстар (электр өткізгіштігінің өзгеруі, ЭҚК-нің пайда болуы не электрондар эмиссиясы). Бұл құбылыс қатты денелерде, сұйықтықтарда, сондай-ақ газдарда да байқалады. Фотоэлектрлік құбылыстар қатарына рентген сәулелерінің фотоэффектісі мен ядролардың фотоэффекті де жатады. Қатты немесе сұйық денелердің жарық сәулесін (фотондарды) жұтуы нәтижесінде электрондардың бөлініп шығу құбылысы сыртқы фотоэффект делінеді. Мұны 1887 ж. Г.Герц ашқан. Сыртқы фотоэффектіні тәжірибе жүзінде А.Г. Столетов (1888) толық зерттеп, оның бірнеше заңдарын тұжырымдап берген. А.Г. Столетов ашқан фотоэффектінің бірінші заңы былайша тұжырымдалады: максимал фотоэлектрлік ток (қанығу фототогы) түскен жарық ағынына тура пропорционал болады. 1905 жылы А.Эйнштейн сыртқы фотоэффект құбылысын жарықтың кванттық теориясы тұрғысынан түсіндіріп берді. Сыртқа қарай бөлініп шыққан электронның максимал кинетик. энергиясының (Емак) шамасы электронға берілген фотонның энергиясы (hv) мен шығу жұмысының (φ) айырымына тең (Емак=hv–φ) екендігі тәжірибе жүзінде дәлелденді. Сыртқы фотоэффектінің бұл екінші заңы, яғни Эйнштейн заңы былайша тұжырымдалады: фотоэлектрондардың максимал энергиясы түскен жарық жиілігіне сызықты тәуелді болып өседі және оның қарқындылығына байланысты болмайды. Ішкі фотоэффект (фотоөткізгіштік) кезінде жартылай өткізгіштер мен диэлектриктерге түскен жарық (фотон) оларда жұтылады да, сыртқа қарай электрондар бөлініп шықпайды. Сөйтіп, жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің электр өткізгіштігі өзгереді. Ішкі фотоэффектіні 1873 ж. америка физигі У.Смит байқаған. Жарық әсерінен кедергісі кемитін жартылай өткізгіштер фотокедергілер деп аталады. Металл электрод пен сұйық шекарасында байқалатын фотогальваникалық эффектіні 1839 ж. француз физигі А.Э. Беккерель ашты. Ал екі қатты дене шекарасындағы мұндай құбылысты 1876 ж. ағылшын физиктері У.Адамс пен Р.Дей байқаған. Екі заттың түйіскен жеріне жарық түсірілген кезде фотоэлектрлік қозғаушы күш пайда болады. Мұндай зат ретінде әр түрлі жартылай өткізгіштер (электрондық және кемтіктік) немесе жартылай өткізгіш пен металл алынады. Фотогальваник. эффектіге негізделіп жасалған фотоэлектрлік құрылғылар вентильді фотоэлементтер деп аталады. Фотоэффекттің қолданылуы. Фотоэлектрлік құбылыстар техникада кеңінен қолданылады. Фотоэффектті жарық энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін пайдалануға болады. Энергияны осылайша түрлендіруге негізделген аспап фотоэлемент дап аталады. Вакуумдік фотоэлеемент дегеніміз ішкі беті (шамамен жартысы) жарыққа сезімтал зат қабаты жағылған және де "фотокатод" ролін атқаратын шыны құбыр болып табылады. Анод ролін құбырдың центрінде орналасқан металл ілмек немесе тор атқарады. Егер анод пен катодтың арасында жеткілікті мөлшерде кернеу тудырса, онда фотоэлементті жарықтандырған кезде фотокатодтан ұшып шығаратын электрондар анодқа жетеді де, фотоэлемент арқылы тоқ жүреді. Пайда болатын фототоктың шамасы фотокатодқа түсетін жарық ағынына тура пропорционал болады. Егер фотоэлементті, фотоэелементтің металл бөліктерімен химиялық реакцияға түспейтін газбен (неон, аргон) толтыратын болсақ, фотоэлементтегі токты күшейтуге болады. Бұл үшін электродтардың арасында электрондардың үдемелі қозғалысы осы газды ионизациялай алатындай болатын кернеу тудыру керек. Иондалу кезінде пайда болатын оң иондар мен электрондар электродтарға қарай ұмтылып, фотоэлемент арқылы өтетін токты күшейтеді. Ғаздардың қасымы жеткілікті төмен болу керек, сонда электрондар еркін өту жолында ионизацияға жетерліктей энергия алып үлгереді. Дереккөздер