Úvodní stránka
FOTOELEKTRICKÝ JEV
Koncem 19. století fyzikové objevili a experimentálně zkoumali tzv. fotoelektrický jev, při kterém se ozářením světlem různých intenzit a různých vlnových délek uvolňovaly z povrchu kovu elektrony. To by nebylo nic překvapivého - světlo je elektromagnetické vlnění, při dopadu na povch kovu předá svou energii volným elektronům a ty z kovu uniknou do okolního prostředí (fotoelektrony). Výsledky pokusů však byly velmi neočekávané a nedaly se na vysvětlit pomocí Maxwellovy teorie elektromagnetického pole.
Vlastnosti podle klasické teorie
|
Skutečné vlastnosti fotoelektronů |
1. Počet uvolněných elektronů je tím větší, čím větší je intenzita dopadajícího světla
2. Energie uvolněných elektronů je tím větší, čím větší je intenzita dopadajícího světla
3. Počet ani energie uvolněných elektronů nezávisí na vlnové délce (barvě) světla
|
1. Počet uvolněných elektronů je tím větší, čím větší je intenzita dopadajícího světla
2. Energie uvolněných elektronů nezávisí na intenzitě dopadajícího světla
3. Energie uvolněných elektronů je nepřímo úměrná vlnové délce světla, počet uvolněných elektronů na vlnové délce (barvě) nezávisí.
|
Když se ukázalo, že ani některé jiné jevy se nedaří klasickou teorií objasnit, hledali fyzikové usilovně řešení. Úspěch měl německý fyzik Max Planck, který vyslovil koncem roku 1900 revoluční kvantovou hypotézu:
Elektromagnetické záření není vyzařováno a pohlcováno spojitě, ale v jistých "kvantech energie". Velikost kvanta energie E závisí na frekvenci záření:
E = hf
kde h = 6,6.10-34 J.s (Planckova konstanta) a f je frekvence záření
Na základě kvantové teorie světla vysvětlil Einstein v roce 1905 fotoelektrický jev takto:
Elektron je v krystalové mřížce kovu poután určitou silou a pro jeho uvolnění je třeba vykonat určitou práci, tzv. výstupní práci Wv. Foton dopadajícího záření předá celou svoji energii Ef jednomu elektronu kovu. Část této energie se spotřebuje na uvolnění elektronu z kovu (výstupní práce Wv) a zbytek se přemění na kinetickou energii uvolněného elektronu Ek. Ze zákona zachování energie plyne Einsteinova rovnice fotoelektrického jevu:
Mají-li dopadající fotony malou energii (tj. velkou vlnovou délku), nestačí jejich energie ani na překonání výstupní práce a k fotoelektrickému jevu vůbec nedojde. Mají-li fotony dostatečnou energii (tj. menší vlnovou délku), uvolní elektrony z kovu a navíc jim dodají i kinetickou kinetickou energii. Jejich rychlost bude tím větší, čím větší je energie fotonů.
Praktické využití fotoelektrického jevu
Tento jev má široké využití v technice i v našem denním životě. Je základem snímacích prvků v televizních kamerách a digitálních fotoaparátech, v kopírkách a faxech. Slouží k automatickému nastavení expozice v moderních fotoaparátech, fotodiody reagují na světlo nebo infračervené záření v bezpečnostních systémech či v dálkovém ovládání televizorů, uplatňuje se při čtení čárového kódu na zboží. Polovodičové fotovoltaické články přeměňují sluneční energii na elektrickou atd.
  
|