Практычная фізіка: знешні фотаэфект

Як бы ні быў сярэднестатыстычны чалавек далёкі ў сваім штодзённым жыцці ад пройдзенай некалі школьнай праграмы, яна не-не ды і прымусіць пра сябе ўспомніць. Менавіта так адбываецца, калі гаворка заходзіць пра з'яву вонкавага фотаэфекту.

вызначэнне

Фотаэфектам у фізіцы прынята лічыць працэс выраўноўвання электронаў у атамах, малекулах рэчывы, які ўзнікае і адбываецца пад уздзеяннем святла. А знешні фотаэфект - працэс, пры якім электроны выбіваюцца святлом з такой сілай, што вылятаюць за знешнія межы свайго рэчывы.

Трохі гісторыі і практыкі

Упершыню на гэты дзіўны факт звярнуў увагу навуковец-фізік з Германіі Генрых Герц у далёкім 1887-м годзе. Вывучэнне адкрыцця было працягнута калегам Герца, рускім фізікам Сталетава. А геніяльны Эйнштэйн распрацаваў тэорыю фотаэфекту на аснове ідэй квантавай фізікі. З тых часоў знешні фотаэфект вывучаны дастаткова глыбока і рознабакова, а атрыманыя веды прымяняюцца ў поўным аб'ёме пры распрацоўцы і вытворчасці прыбораў на аснове фотаэлементаў. Калі браць самы элементарны прыклад, то гэта аўтаматычныя вароты для гаража, якія працуюць на фотаэлементах.

Механізмы такога тыпу працуюць на электрычнай энергіі. Аднак фотаэлементы, якія выкарыстоўваюць толькі знешні фотаэфект, трансфармуюць энергію, што атрымліваецца пры выпраменьванні, у электрычную не цалкам. Таму ўжываць іх у якасці крыніц электраэнергіі асаблівага сэнсу няма, чаго не скажаш пра аўтаматыцы. Менавіта пры дапамозе светлавых пучкоў адбываецца кіраванне электроцепями ў аўтаматычных механізмах.

Без перабольшання можна сцвярджаць, што адкрыццё фотаэфекту стала сапраўды рэвалюцыйным падзеяй у фізіцы. Вось самыя значныя яго наступствы:

• перад навукоўцамі прыадчыніліся таямніца прыроды святла, светлавога прамяня;
• кіно з нямога стала «размаўлялым», былі прыдуманы спосабы агучкі, ды і сам факт перадачы рухаецца малюнка таксама стаў магчымы дзякуючы фотаэфекту;
• стварэнне на аснове фотаэлектронных прыбораў такіх станкоў і «разумных машын», якія па зададзеных параметрах без удзелу чалавека вырабляюць розныя дэталі;
• мноства розных механізмаў, заснаваных на працы фотаэлектроннага аўтаматыкі.

Такім чынам, сам фотаэфект і яго прымяненне сталі свайго роду прарывам у сучаснай тэхніцы.

класіфікацыя фотаэлементаў

Фотаэфект дзеляцца на некалькі відаў у залежнасці ад сваіх уласцівасцяў і выкананых функцый.

1. Знешні фотаэфект (па-іншаму - фотаэлектроннага эмісія). Электроны, якія вылятаюць за межы рэчывы пры яго ўзнікненні, атрымалі назву фотаэлектроннага. А электрычны ток, які яны ўтвараюць, калі упорядоченно рухаюцца па вонкавым электрычнаму полі, стаў называцца фототока.
2. Ўнутраны фотаэфект, які ўплывае на фотопроводимость рэчывы. Ён узнікае, калі электроны пераразмяркоўваюцца па паўправадніка і дыэлектрыка ў залежнасці ад іх энергетычнага стану і агрэгатнага - цвёрдага або вадкага. З'ява пераразмеркавання адбываецца пад уплывам святла. Менавіта тады павялічваецца электраправоднасць рэчывы, г.зн. атрымліваецца эфект фотопроводимости.
3. Вентыльны фотаэфект - пераход фотаэлектроннага са сваіх целаў у іншыя цвёрдыя цела (паўправаднікі) або вадкія (электраліты).

Знешні фотаэфект ляжыць у аснове працы сучасных вакуумных фотаэлементаў. Яны вырабляюцца ў выглядзе шкляных колбаў, у якіх унутраная паверхня часткова пакрываецца тонкім пластом металічнага напылення. Нязначная таўшчыня пласта забяспечвае малы працоўны выхад. Празрыстае акенца колбы прапускае ўнутр святло, а змешчаны ўсярэдзіне яе анод ў выглядзе драцяной завесы або дыска ўлоўлівае фотаэлектроннага. Калі анод злучыць з станоўчым полюсам батарэі, ланцуг замкнецца, па ёй пойдзе электрычны ток. Г.зн. вакуумныя фотаэлементы могуць ўключаць ці выключаць рэле.

Камбінуючы фотаэлементы і рэле, можна стварыць розныя «хто гэта бачыць» аўтаматы, да прыкладу, аўтамат у метро.

Такім чынам, будучы закладзены ў аснову многіх вытворчых працэсаў, знешні фотаэфект як вялікае фізічнае адкрыццё стаў залогам паспяховай работы прамысловай аўтаматыкі.