Фотоэффект — это выбивание электронов из атомов под действием света. Существует внешний и внутренний фотоэффект. Кратко поговорим о внутреннем фотоэффекте, узнаем, кем открыт, его особенности и характеристики.
Свойства внутреннего фотоэффекта
Теория внешнего фотоэффекта была разработана в 1905 г. А. Эйнштейном. Согласно ей свет существует только в виде порций-квантов (фотонов). Излучение или поглощение фотона возможно только целиком. Причем энергия фотона пропорциональна его частоте. При внешнем фотоэффекте эта энергия частично тратится на разрыв связей электрона в атоме (работа выхода $A_{вых}$), а оставшаяся часть — это кинетическая энергия электронов, покинувших вещество:
$$hnu=A_{вых}+{m_ev^2over 2}$$
Эта формула применима и ко внутреннему фотоэффекту. Точно так же энергия фотона затрачивается на работу выхода, но остаток энергии переходит не в кинетическую энергию электронов, вылетевших из вещества, а на создание разности потенциалов в веществе.
Для внутреннего фотоэффекта, как и для внешнего, существует красная граница — частота, ниже которой энергии фотона недостаточно, чтобы совершить работу выхода. Фотоэффект при этом исчезает.
Применение внутреннего фотоэффекта
Первоначально стал использоваться внешний фотоэффект. Вакуумные фотоэлементы нашли широкое применение в кино, обеспечивая звуковое сопровождение фильмов.
С развитием полупроводниковой электроники более широкое применение получил внутренний фотоэффект.
Вначале получили распространение полупроводниковые фотоэлементы и фоторезисторы. В них электроны, выбитые из атомов, лишь меняют проводимость вещества. С помощью таких приборов проводилось определение степени освещенности.
В последние десятилетия все шире стали применяться приборы, в которых энергия выбитых электронов создает разность потенциалов и далее используется для полезной работы, — солнечные батареи.
Солнечная батарея — это множество полупроводниковых элементов, каждый из которых имеет два слоя с разной проводимостью. На границе между слоями образуется потенциальный барьер, который могут преодолевать электроны, выбитые из атомов светом. В результате на концах элемента появляется разность потенциалов. Каждый элемент дает напряжение порядка десятых долей вольта. Для получения высоких напряжений и мощностей множество элементов связываются в последовательно-параллельные батареи.
Что мы узнали?
Внутренний фотоэффект — это выбивание электронов из атомов вещества при облучении их светом, при котором электроны остаются внутри вещества. Теория фотоэффекта была создана А. Эйнштейном. Внутренний фотоэффект широко применяется в полупроводниковых элементах и солнечных батареях.
