Фотоэлектронная эмиссия. Эффективные фотокатоды (стр. 1 из 7)

Московский Государственный Технический Университет

им. Баумана

Реферат

Фотоэлектронная эмиссия.

Эффективные фотокатоды

Дисциплина ______ ТГРУ

Студент ________Григорьев С.А

Группа Э8-62

Факультет “Энергомашиностроение”

Москва

Оглавление

Введение

1)Теорияфотоэффекта

2)Спектральные характеристики фотокатода

3)Работа выхода

4)Распределение электронов в металле

5)Селективный фотоэффект

6) Квантомеханическая теория фотоэффекта

7) Применение

8) Основные закономерности фотоэффекта

9) Литература

Введение

________________________________________________________

Среди разнообразных явлений в которых проявляется воздействие света на вещество важное место занимает фотоэлектрический эффект т.е. испускание электронов веществом под действием света Анализ этого явления привел к представлению о световых квантах и сыграл чрезвычайно важную роль в развитии современных теоретических представлений. Вместе с тем “фотоэлектрический” эффект используется в фотоэлементах получивших исключительно широкое применение в разнообразных областях науки и техники. Открытие фотоэффекта следует отнести к 1887 г., когда Герц обнаружил что освещение ультрафиолетовым светом электродов искрового промежутка находящегося под напряжением облегчает проскакивание искры между ними. Явление обнаруженное Герцом можно наблюдать на следующем легко осуществимом опыте (рис.1.). Величина искрового промежутка F подбирается таким образом, что в схеме состоящей из трансформатора Т и конденсатора С искра проскакивает с трудом (один-два раза в минуту)Если осветить электроды F сделанные из чистого цинка светом ртутной лампы Hg, то разряд конденсатора значительно облегчается: искра начинает проскакивать довольно часто, конечно мощность трансформатора достаточно для быстрой зарядки конденсатора С. Поместив между лампой и электродами F стекло G мы преграждаем доступ ультрафиолетовым лучам и явление прекращается.Систематическое исследование Гальвакса, А.Г. Столетова и др. (1885 г.)выяснили что в опыте Герца дело сводится к освобождению зарядов под действием света попадая в электрическое поле между электродами, заряды эти ускоряются, ионизируют окружающий газ и вызывают разряд. А.Г. Столетов осуществил опыты по фотоэффекту применяв впервые небольшие разности потенциалов между электродами. Схема опытов применяемая Столетовым, изображена на рис.

с

G

+ -

Основными результатами исследований Столетова, имеющие значение и в наше время, были следующие заключения:

1) Наиболее эффективно действует ультрафиолетовые лучи.

2)Сила фототока пропорциональна создаваемой освещенности тела (разряжающее действие при прочих равных условиях пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.)

3)Под действием света освобождается отрицательные заряды.

Цинковая пластинка, соединенная с электродами и заряженная отрицательно, освещенная ультрафиолетовым светом, быстро разряжает электроскоп, та же пластинка, заряженная положительно сохраняет свой заряд, не смотря на освещение. При тщательном наблюдение с помощью гальванометра большой чувствительности можно заметить, что незаряженная пластинка под действием падающих лучей заряжается положительно, т.е. теряет часть своих отрицательных зарядов, первоначально нейтрализовавших ее положительный заряд. Несколько лет спустя (1898 г). Леонардом и Томсоном были произведены определения ?? для освобождаемых электронов по отклонению их в электрическом и в магнитном полях. Эти измерения дали для ?? значения 1, 76•

СГСМ,

доказав, что освобожденные светом отрицательные заряды -электроны.

________________________________________________________

Фотоэлектронная эмиссия металлов

Фотоэлектронной эмиссией или внешним фотоэлектрическим эффектом

называется испускание электронов поверхностью твердого тела под действием падающего на него электромагнитного излучения.

Основными законами фотоэффекта можно считать следующие

1) пропорциональность фототока

интенсивности светового потока J,

вызывающего фотоэффект (

J ) при условии неизменности спектрального

состава излучения (Закон Столетова);

2) наличие длинноволновой (красной) границы

области спектра излучения

вырывающего фотоэлектроны из данного фотокатода ; лишь излучения с длиной волны

т.е. с частотой C могут вырывать фотоэлектроны;

3) независимость кинетической энергии фотоэлектронов от интенсивности света и линейная зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов (

), вырванного из данного фотокатода светом некоторой частоты , от этой частоты :

4) безынерционность фотоэффекта: установлено, что фототок появляется и исчезает вместе с освещением, запаздывая не более чем

на

Качественное объяснение с волновой точки зрения на первый взгляд не представляет трудности. В самом деле это объяснение могло бы выглядеть так ; падающая электромагнитная волна вызывает вынужденные колебания электронов в металле; при резонансе между собственным периодом колебания электронов и периода падающей волны амплитуда электрона становится настолько большой что он может вырваться за пределы поверхности металла. Очевидно, что если эта картина верна, то кинетическая энергия с какой электрон покидает метал, должна заимствоваться у падающей волны, и поэтому естественно следует ожидать, что энергия фотоэлектрона должна находиться в прямой зависимости с интенсивностью падающего света. Многочисленные опыты показали, что энергия фотоэлектронов абсолютно не зависит от интенсивности света, повышение интенсивности увеличивает лишь число фотоэлектронов и при том в количестве строго пропорциональном интенсивности - но не их скорости. Последнее зависит от частоты падающего света, а именно, с увеличением частоты линейно возрастает энергия фотоэлектронов. Все эти законы фотоэффекта представляются непонятными с точки зрения волновой природы света. Независимость энергии фотоэлектронов от интенсивности света пытались объяснить тем, что свету приписывалось роль “спускового механизма ” т.е. предполагалось, что электрон набирает свою энергию не за счет падающей волны, но за счет тепловых движений в металле, так что роль света сводится только к освобождению электрона. Однако при этом остается совершенно не понятным влияние частоты света и кроме того, если бы это было верно фотоэффект должен был бы сильно зависеть от температуры металла. Объяснение основных закономерностей фотоэффекта было дано на основе фотонной теории света (Эйнштейна, 1905 г.). Фотон, обладающий энергией

поглощается электроном фотокатода в единичном акте взаимодействия, повышая его энергию на величину Если до поглощения фотона кинетическая энергия электрона была , где граница Ферми, а – положительная или отрицательная добавка, то после поглощения его энергия станет равной Если импульс такого электрона будет направлен к поверхности, то, потеряв по пути энергию , электрон может достигнуть поверхности металла и вылететь из катода.