ფოტოელექტრული ეფექტი.ფოტოელექტრული ეფექტის სახეები.სტოლეტოვის კანონები.აინშტაინის განტოლება გარე ფოტოელექტრული ეფექტისთვის. კომპტონის ეფექტი

მაქს პლანკი

სინათლის კვანტური თვისებები

1900 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა მაქს პლანკმა წამოაყენა ჰიპოთეზა: სინათლე გამოიყოფა და შეიწოვება არა მუდმივად, არამედ ცალკეულ ნაწილებში - კვანტა(ან ფოტონები). ენერგია ე თითოეული ფოტონი განისაზღვრება ფორმულით E = hv , სად თ - პროპორციულობის კოეფიციენტი - პლანკის მუდმივი, ვ - სინათლის სიხშირე. ექსპერიმენტულად გამოვთვალეთ თ= 6.63·10 -34 J·s. მ.პლანკის ჰიპოთეზამ ახსნა მრავალი ფენომენი, კერძოდ, ფენომენი ფოტოელექტრული ეფექტი 1887 წელს აღმოაჩინა გერმანელმა მეცნიერმა გ.ჰერცმა. Უფრო ფოტოეფექტიექსპერიმენტულად შეისწავლა რუსმა მეცნიერმა სტოლეტოვმა.

ფოტოელექტრული ეფექტი და მისი კანონები

სტოლეტოვის ექსპერიმენტის სქემა

ფოტოელექტრული ეფექტი არის ელექტრონების გამოდევნა ნივთიერებიდან სინათლის გავლენის ქვეშ.
კვლევის შედეგად დადგინდა ფოტოელექტრული ეფექტის 3 კანონი:
1. გაჯერების ფოტოდინება პირდაპირპროპორციულია შემთხვევის სინათლის ნაკადის.
2. ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება სინათლის სიხშირით და დამოკიდებულია მის ინტენსივობაზე.
3. თითოეული ნივთიერებისთვის არის მაქსიმალური ტალღის სიგრძე, რომელზეც ჯერ კიდევ შეიმჩნევა ფოტოელექტრული ეფექტი. დიდ სიგრძეზე არ არსებობს ფოტოელექტრული ეფექტი.

ფოტოელექტრული ეფექტის თეორია შექმნა გერმანელმა მეცნიერმა ა.აინშტაინმა 1905 წელს. აინშტაინის თეორია ეფუძნება ლითონისგან ელექტრონების მუშაობის ფუნქციის კონცეფციას და სინათლის კვანტური გამოსხივების კონცეფციას. აინშტაინის თეორიის მიხედვით, ფოტოელექტრული ეფექტი აქვს შემდეგი ახსნა: სინათლის კვანტის შთანთქმით ელექტრონი იძენს ენერგიას. ლითონის დატოვებისას თითოეული ელექტრონის ენერგია მცირდება გარკვეული რაოდენობით, რასაც სამუშაო ფუნქცია ეწოდება ( ავიხ) . სამუშაო ფუნქცია არის მინიმალური ენერგია, რომელიც უნდა გადაეცეს ელექტრონს, რათა მან დატოვოს ლითონი. ეს დამოკიდებულია ლითონის ტიპზე და მისი ზედაპირის მდგომარეობაზე. ელექტრონების მაქსიმალურ ენერგიას გამგზავრების შემდეგ (თუ სხვა დანაკარგები არ არის) აქვს ფორმა :

— ეს არის აინშტაინის განტოლება.

თუ თ ვ< ავიხ , მაშინ ფოტოელექტრული ეფექტი არ ხდება. სიხშირის შეზღუდვა ვწთდა ტალღის სიგრძის შეზღუდვა λ მაქსდაურეკა წითელი ფოტო ეფექტის საზღვარი. იგი ასე გამოიხატება: ვ min =A/h, λ max = λ cr = hc/A, სადაც λ max (λ cr) არის ტალღის მაქსიმალური სიგრძე, რომელზეც ჯერ კიდევ შეიმჩნევა ფოტოელექტრული ეფექტი. ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი ზღვარი განსხვავებულია სხვადასხვა ნივთიერებისთვის, რადგან ადამოკიდებულია ნივთიერების ტიპზე.

ფოტოელექტრული ეფექტის გამოყენება ტექნოლოგიაში.
ფოტოელექტრული ეფექტზე დაფუძნებულ მოწყობილობებს უწოდებენ ფოტოცელებს. უმარტივესი ასეთი მოწყობილობა ვაკუუმური ფოტოცელია. ასეთი ფოტოცელის ნაკლოვანებებია: დაბალი დენი, დაბალი მგრძნობელობა გრძელი ტალღის გამოსხივების მიმართ, წარმოების სირთულე, ალტერნატიული დენის სქემებში გამოყენების შეუძლებლობა. იგი გამოიყენება ფოტომეტრიაში სინათლის ინტენსივობის, სიკაშკაშის, განათების გასაზომად, კინოში ხმის რეპროდუქციისთვის, ფოტოტელეგრაფებსა და ფოტოფონებში, წარმოების პროცესების კონტროლში.

არსებობს ნახევარგამტარული ფოტოცელები, რომლებშიც დენის მატარებლების კონცენტრაცია იცვლება სინათლის გავლენით. ამ ფენომენს ეფუძნება ფოტორეზისტორების დიზაინი (შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი). ისინი გამოიყენება ელექტრული სქემების ავტომატურ კონტროლში (მაგალითად, მეტროს ტურნიკებში), ალტერნატიული დენის სქემებში, საათებში და მიკროკალკულატორებში. ნახევარგამტარული ფოტოცელები გამოიყენება მზის პანელებში კოსმოსურ ხომალდებზე და ადრეულ მანქანებში.

Გვერდი 1

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი, რომელიც აღმოაჩინა 1887 წელს ჰერცმა და დეტალურად შეისწავლა A.G. Stoletov-ის მიერ, არის ის, რომ ლითონები (ან ნახევარგამტარები) ასხივებენ ელექტრონებს სინათლის ზემოქმედებისას. სინათლის ტალღის თეორიის საფუძველზე ფოტოელექტრული ეფექტის ახსნა შეუძლებელია. ამასთან, ელექტრონების ემისია შეინიშნება ლითონის განათებისთანავე. გარდა ამისა, ტალღის თეორიის მიხედვით, ლითონის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების ენერგია E3 პროპორციული უნდა იყოს დაცემის სინათლის ინტენსივობისა. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ Ee არ არის დამოკიდებული სინათლის ინტენსივობაზე, არამედ დამოკიდებულია მის სიხშირეზე, იზრდება v-ს მატებასთან ერთად; ინტენსივობის ზრდა იწვევს მხოლოდ ლითონისგან გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობის ზრდას.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი გულისხმობს ნივთიერებიდან ელექტრონების გამოდევნას მასზე სინათლის დაცემით. ამ ფენომენის ძირითადი მახასიათებლები შემდეგია. ლითონის ზედაპირზე მოხვედრილი სინათლის სხივი ათავისუფლებს ელექტრონებს მეტალისგან, იმ პირობით, რომ სინათლის სიხშირე აღემატება გარკვეულ კრიტიკულ მნიშვნელობას, ლითონის ტიპის მიხედვით. ელექტრონების რაოდენობა ერთეულ დროში, გამოსხივების მუდმივი სპექტრული შემადგენლობით, პროპორციულია ლითონის ზედაპირზე მომხდარი სინათლის ნაკადის.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას pn კვანძში, რომელზედაც გამოიყენება საპირისპირო ძაბვა.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი გამოვლენილია თუთიის ფირფიტის განათებით, რომელიც დაკავშირებულია ელექტრომეტრის ღეროსთან.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი, რომელიც აღმოაჩინა 1889 წელს A.G. Stoletov-ის მიერ, არის ის, რომ ლითონები (ან ნახევარგამტარები) ასხივებენ ელექტრონებს სინათლის ზემოქმედებისას. სინათლის ტალღის თეორიის საფუძველზე ფოტოელექტრული ეფექტის ახსნა შეუძლებელია. ამასთან, ელექტრონების ემისია შეინიშნება ლითონის განათებისთანავე. გარდა ამისა, ტალღის თეორიის მიხედვით, ლითონის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების ენერგია Ea პროპორციული უნდა იყოს დაცემის სინათლის ინტენსივობისა. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ Ee არ არის დამოკიდებული სინათლის ინტენსივობაზე, არამედ დამოკიდებულია მის სიხშირეზე, იზრდება v-ს მატებასთან ერთად; ინტენსივობის ზრდა იწვევს მხოლოდ ლითონისგან გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობის ზრდას.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი, რომელიც აღმოაჩინა A.G. Stoletov-მა 1888 წელს, არის ის, რომ სინათლის გავლენით ელექტრონები გამოიყოფა სხვადასხვა სხეულის ზედაპირიდან, რის შედეგადაც მოცემული სხეული იძენს მუხტს. უფრო მეტიც, ეს ფენომენი შეინიშნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ სინათლის კვანტის ენერგია აღემატება სამუშაოს, რომელიც საჭიროა მოცემული ნივთიერების ზედაპირიდან ელექტრონის მოსაშორებლად და მისთვის გარკვეული კინეტიკური ენერგიის გადაცემისთვის.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი იმაში მდგომარეობს, რომ სინათლის სხივები, რომლებიც ეცემა ნებისმიერ სხეულს (მიუხედავად მისი ქიმიური ბუნებისა და ფიზიკური მდგომარეობისა) მისგან ელექტრონებს აფრქვევს.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი პირველად 1819 წელს აღმოაჩინა რუსმა ქიმიკოსმა გროტუსმა.  

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი პირველად შენიშნა ჰერცმა 1887 წელს. ჰერცმა აღმოაჩინა, რომ ნაპერწკლის უფსკრული ულტრაიისფერი სხივებით დასხივება აადვილებს გამონადენს.  

ფოტოელექტრული ეფექტის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ როდესაც ლითონების ან ნახევარგამტარების ზედაპირი განათებულია, გასხივოსნებული ენერგიის ნაწილაკები შეაღწევენ განათებული სხეულის ზედაპირულ ფენებს და დამატებით ენერგიას ანიჭებენ მის ელექტრონებს. ამის შედეგად, განათებული სხეულის ელექტრონები იწყებენ მოძრაობას დიდი სიჩქარით და ტოვებენ მოძრაობის ნორმალურ ორბიტას. განათებული სხეულის ელექტრონების მოძრაობის აჩქარების ამ ფენომენს გასხივოსნებული ენერგიის გავლენის ქვეშ ეწოდება ფოტოელექტრული ეფექტი.  

ფოტოელექტრული ეფექტის დროს ლითონის ზედაპირიდან გამოსხივებული ელექტრონები 2 - 104 ჰც სიხშირით მთლიანად შეფერხებულია დამუხრუჭების ველით პოტენციური სხვაობით 7 ვ, ხოლო 4 - 101 ჰც სიხშირით - პოტენციური სხვაობით. 15 ვ-დან.  

1887 წელს ჰაინრიხ რუდოლფ ჰერცმა აღმოაჩინა ფენომენი, რომელსაც მოგვიანებით ფოტოელექტრული ეფექტი ეწოდა. მისი არსი მან ასე განმარტა:

თუ ვერცხლისწყლის ნათურის შუქი მიმართულია ნატრიუმის ლითონზე, მაშინ ელექტრონები გაფრინდებიან მისი ზედაპირიდან.

ფოტოელექტრული ეფექტის თანამედროვე ფორმულირება განსხვავებულია:

როდესაც სინათლის კვანტები ეცემა ნივთიერებას და მათი შემდგომი შთანთქმის შემდეგ, დამუხტული ნაწილაკები ნაწილობრივ ან მთლიანად გამოიყოფა ნივთიერებაში.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როდესაც სინათლის ფოტონები შეიწოვება, შეინიშნება შემდეგი:

1. ელექტრონების ემისია მატერიიდან
2. ნივთიერების ელექტრული გამტარობის ცვლილება
3. ფოტო-EMF-ის გამოჩენა სხვადასხვა გამტარობის მქონე მედიის ინტერფეისზე (მაგალითად, მეტალ-ნახევარგამტარი)

ამჟამად, არსებობს სამი სახის ფოტოელექტრული ეფექტი:

1. შიდა ფოტოეფექტი. იგი შედგება ნახევარგამტარების გამტარობის შეცვლაში. იგი გამოიყენება ფოტორეზისტორებში, რომლებიც გამოიყენება რენტგენის და ულტრაიისფერი გამოსხივების დოზიმეტრებში, ასევე გამოიყენება სამედიცინო მოწყობილობებში (ოქსიმეტრი) და ხანძრის სიგნალიზაცია.
2. სარქვლის ფოტოეფექტი. იგი მოიცავს ფოტო-EMF-ის წარმოქმნას სხვადასხვა ტიპის გამტარობის მქონე ნივთიერებების საზღვარზე, ელექტრული ველის მიერ ელექტრული მუხტის მატარებლების გამოყოფის შედეგად. იგი გამოიყენება მზის უჯრედებში, სელენის ფოტოცელებში და სენსორებში, რომლებიც აღრიცხავენ სინათლის დონეს.
3. გარე ფოტოეფექტი. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ეს არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტების გავლენის ქვეშ ნივთიერების ვაკუუმში ელექტრონების დატოვების პროცესი.

გარე ფოტოელექტრული ეფექტის კანონები.

ისინი დაამონტაჟეს ფილიპ ლენარდმა და ალექსანდრე გრიგორიევიჩ სტოლეტოვმა მე-20 საუკუნის ბოლოს. ამ მეცნიერებმა გაზომეს გამოდევნილი ელექტრონების რაოდენობა და მათი სიჩქარე გამოყენებული გამოსხივების ინტენსივობისა და სიხშირის ფუნქციის მიხედვით.

პირველი კანონი (სტოლეტოვის კანონი):

გაჯერების ფოტოდინების სიძლიერე პირდაპირპროპორციულია მანათობელი ნაკადის, ე.ი. ინციდენტის გამოსხივება მატერიაზე.

თეორიული ფორმულირება:როდესაც ელექტროდებს შორის ძაბვა ნულის ტოლია, ფოტოდენი არ არის ნული. ეს აიხსნება იმით, რომ ლითონის დატოვების შემდეგ ელექტრონებს აქვთ კინეტიკური ენერგია. ანოდსა და კათოდს შორის ძაბვის არსებობისას, ძაბვის მატებასთან ერთად იზრდება ფოტოდინების სიძლიერე და გარკვეული ძაბვის მნიშვნელობისას დენი აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას (გაჯერების ფოტოდენი). ეს ნიშნავს, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გავლენის ქვეშ კათოდის მიერ ყოველ წამში გამოსხივებული ყველა ელექტრონი მონაწილეობს დენის შექმნაში. როდესაც პოლარობა იცვლება, დენი ეცემა და მალე ნულდება. აქ ელექტრონი მუშაობს შენელებული ველის წინააღმდეგ კინეტიკური ენერგიის გამო. გამოსხივების ინტენსივობის მატებასთან ერთად (ფოტონების რაოდენობა იზრდება), იზრდება ლითონის მიერ შთანთქმული ენერგიის კვანტების რაოდენობა და შესაბამისად იზრდება გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობა. ეს ნიშნავს, რომ რაც უფრო დიდია მანათობელი ნაკადი, მით მეტია გაჯერების ფოტოდენი.

I f us ~ F, I f us = k F

k - პროპორციულობის კოეფიციენტი. მგრძნობელობა დამოკიდებულია ლითონის ბუნებაზე. ლითონის მგრძნობელობა ფოტოელექტრული ეფექტის მიმართ იზრდება სინათლის სიხშირის მატებასთან ერთად (ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად).

კანონის ეს ფორმულირება ტექნიკურია. იგი მოქმედებს ვაკუუმ ფოტოელექტრული მოწყობილობებისთვის.

გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობა პირდაპირპროპორციულია შემთხვევის ნაკადის სიმკვრივისა მისი მუდმივი სპექტრული შემადგენლობით.

მეორე კანონი (აინშტაინის კანონი):

ფოტოელექტრონის მაქსიმალური საწყისი კინეტიკური ენერგია პროპორციულია ინციდენტის გამოსხივების ნაკადის სიხშირისა და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე.

E kē = => ~ hυ

მესამე კანონი (წითელი საზღვრის კანონი):

თითოეული ნივთიერებისთვის არის მინიმალური სიხშირე ან მაქსიმალური ტალღის სიგრძე, რომლის მიღმა არ არის ფოტოელექტრული ეფექტი.

ამ სიხშირეს (ტალღის სიგრძეს) ფოტოელექტრული ეფექტის „წითელ კიდეს“ უწოდებენ.

ამრიგად, ის ადგენს ფოტოელექტრული ეფექტის პირობებს მოცემული ნივთიერებისთვის, რაც დამოკიდებულია ნივთიერებიდან ელექტრონის მუშაობის ფუნქციაზე და შემხვედრი ფოტონების ენერგიაზე.

თუ ფოტონის ენერგია ნაკლებია ნივთიერებიდან ელექტრონის მუშაობის ფუნქციაზე, მაშინ არ არსებობს ფოტოელექტრული ეფექტი. თუ ფოტონის ენერგია აღემატება სამუშაო ფუნქციას, მაშინ მისი ჭარბი ფოტონის შთანთქმის შემდეგ გადადის ფოტოელექტრონის საწყის კინეტიკურ ენერგიამდე.

მისი გამოყენება ფოტოელექტრული ეფექტის კანონების ასახსნელად.

აინშტაინის განტოლება ფოტოელექტრული ეფექტისთვის არის ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონის განსაკუთრებული შემთხვევა. მან დააფუძნა თავისი თეორია ჯერ კიდევ ახალშობილ კვანტურ ფიზიკის კანონებზე.

აინშტაინმა ჩამოაყალიბა სამი წინადადება:

1. ნივთიერების ელექტრონების ზემოქმედებისას, შემხვედრი ფოტონები მთლიანად შეიწოვება.
2. ერთი ფოტონი ურთიერთქმედებს მხოლოდ ერთ ელექტრონთან.
3. ერთი აბსორბირებული ფოტონი ხელს უწყობს მხოლოდ ერთი ფოტოელექტრონის გამოყოფას გარკვეული E kē-ით.

ფოტონის ენერგია იხარჯება ნივთიერებიდან ელექტრონის სამუშაო ფუნქციაზე (Aout) და მის საწყის კინეტიკურ ენერგიაზე, რაც მაქსიმალური იქნება, თუ ელექტრონი დატოვებს ნივთიერების ზედაპირს.

E kē = hυ - გამომავალი

რაც უფრო მაღალია ინციდენტის გამოსხივების სიხშირე, მით მეტია ფოტონების ენერგია და მეტი (მინუს სამუშაო ფუნქცია) რჩება ფოტოელექტრონების საწყისი კინეტიკური ენერგიისთვის.

რაც უფრო ინტენსიურია ინციდენტის გამოსხივება, მით მეტი ფოტონი შედის სინათლის ნაკადში და უფრო მეტ ელექტრონს შეუძლია გაიქცეს ნივთიერებიდან და მონაწილეობა მიიღოს ფოტოდენის შექმნაში. სწორედ ამიტომ, გაჯერების ფოტოდინების სიძლიერე პროპორციულია მანათობელი ნაკადის (I f us ~ F). თუმცა, საწყისი კინეტიკური ენერგია არ არის დამოკიდებული ინტენსივობაზე, რადგან ერთი ელექტრონი შთანთქავს მხოლოდ ერთი ფოტონის ენერგიას.

რაც არ უნდა შორს იყოს ჩვეულებრივი ადამიანი ყოველდღიურ ცხოვრებაში იმ სასკოლო გეგმისგან, რომელიც მან ერთხელ დაასრულა, ეს მას საკუთარ თავს დაამახსოვრებს. ეს არის ზუსტად ის, რაც ხდება, როდესაც საქმე ეხება გარე ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენს.

განმარტება

ფიზიკაში ფოტოელექტრული ეფექტი განიხილება, როგორც ელექტრონების გასწორების პროცესი ნივთიერების ატომებსა და მოლეკულებში, რომელიც წარმოიქმნება და ხდება სინათლის გავლენის ქვეშ. და გარე ფოტოელექტრული ეფექტი არის პროცესი, რომლის დროსაც ელექტრონები შუქდება ისეთი ძალით, რომ ისინი დაფრინავენ თავიანთი ნივთიერების გარე საზღვრებს მიღმა.

ცოტა ისტორია და პრაქტიკა

პირველად გერმანიის ფიზიკოსმა ამ გასაოცარ ფაქტზე ყურადღება ჯერ კიდევ 1887 წელს გაამახვილა. აღმოჩენის შესწავლა ჰერცის კოლეგამ, რუსმა ფიზიკოსმა სტოლეტოვმა გააგრძელა. და ბრწყინვალე აინშტაინმა შეიმუშავა ფოტოელექტრული ეფექტის თეორია იდეებზე დაფუძნებული მას შემდეგ, გარე ფოტოელექტრული ეფექტი საკმაოდ ღრმად და ყოვლისმომცველად იქნა შესწავლილი და მიღებული ცოდნა სრულად გამოიყენება ფოტოელემენტებზე დაფუძნებული მოწყობილობების შემუშავებასა და წარმოებაში. თუ ავიღებთ ყველაზე ძირითად მაგალითს, ეს არის ავტომატური, რომელიც მუშაობს ფოტოცელებზე.

ამ ტიპის მექანიზმები მუშაობს, თუმცა, ფოტოცელები, რომლებიც იყენებენ მხოლოდ გარე ფოტოელექტრული ეფექტს, მთლიანად არ გარდაქმნიან რადიაციის მიერ მიღებულ ენერგიას ელექტრო ენერგიად. აქედან გამომდინარე, არ არის განსაკუთრებული აზრი მათი ელექტროენერგიის წყაროდ გამოყენებას, რაც არ შეიძლება ითქვას ავტომატიზაციაზე. სინათლის სხივების დახმარებით ხდება ავტომატური მექანიზმების ელექტრული სქემების კონტროლი.

გადაჭარბების გარეშე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ფოტოელექტრული ეფექტის აღმოჩენა მართლაც რევოლუციური მოვლენა იყო ფიზიკაში. აქ არის მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგები:

• მეცნიერებს გაუმხილეს სინათლის ბუნების საიდუმლო, სინათლის სხივი;
• კინო დუმილისგან გახდა „ლაპარაკი“, გამოიგონეს ხმის ამოღების მეთოდები და მოძრავი სურათის გადაცემის ფაქტიც შესაძლებელი გახდა ფოტოეფექტის წყალობით;
• ფოტოელექტრონულ მოწყობილობებზე დაყრდნობით ისეთი ჩარხების და „ჭკვიანი მანქანების“ შექმნა, რომლებიც მოცემული პარამეტრების მიხედვით აწარმოებენ სხვადასხვა ნაწილებს ადამიანის ჩარევის გარეშე;
• მრავალი განსხვავებული მექანიზმი, რომელიც ეფუძნება ფოტოელექტრონული ავტომატიზაციის მუშაობას.

ამრიგად, თავად ფოტოელექტრული ეფექტი და მისი გამოყენება გახდა ერთგვარი გარღვევა თანამედროვე ტექნოლოგიაში.

ფოტოცელტების კლასიფიკაცია

ფოტოეფექტები იყოფა რამდენიმე ტიპად მათი თვისებებისა და ფუნქციების მიხედვით.

1. გარე ფოტოელექტრული ეფექტი (სხვა სიტყვებით, ფოტოელექტრონის ემისია). ელექტრონებს, რომლებიც გამოფრინდებიან ნივთიერებიდან, როდესაც ის წარმოიქმნება, ფოტოელექტრონები ეწოდება. და რომელსაც ისინი ქმნიან, როდესაც ისინი მოწესრიგებულად მოძრაობენ გარე ელექტრული ველის გასწვრივ, დაიწყო ეწოდა ფოტოდინება.
2. შინაგანი ფოტოელექტრული ეფექტი, რომელიც გავლენას ახდენს ნივთიერების ფოტოგამტარობაზე. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრონები გადანაწილებულია ნახევარგამტარებსა და დიელექტრიკებს შორის მათი ენერგეტიკული მდგომარეობიდან და აგრეგატული მდგომარეობის მიხედვით - მყარი ან თხევადი. გადანაწილების ფენომენი ხდება სინათლის გავლენის ქვეშ. სწორედ მაშინ იზრდება ნივთიერების ელექტრული გამტარობა, ე.ი. მიიღება ფოტოგამტარობის ეფექტი.
3. კარიბჭის ფოტოელექტრული ეფექტი არის ფოტოელექტრონების გადასვლა მათი სხეულებიდან სხვა მყარ სხეულებზე (ნახევარგამტარებზე) ან სითხეებზე (ელექტროლიტებზე).

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი უდევს საფუძვლად თანამედროვე ვაკუუმ ფოტოცელების მუშაობას. ისინი მზადდება მინის კოლბების სახით, რომლის შიდა ზედაპირი ნაწილობრივ დაფარულია ლითონის საფარის თხელი ფენით. ფენის მცირე სისქე უზრუნველყოფს მცირე სამუშაო გამომუშავებას. კოლბის გამჭვირვალე ფანჯარა უშვებს სინათლეს და მის შიგნით მდებარე ანოდი მავთულის მარყუჟის ან დისკის სახით იჭერს ფოტოელექტრონებს. თუ ანოდი უკავშირდება ბატარეის დადებით პოლუსს, წრე დაიხურება და მასში ელექტრული დენი გაივლის. იმათ. ვაკუუმურ ფოტოცელებს შეუძლიათ რელეების ჩართვა ან გამორთვა.

ფოტოცელებისა და რელეების კომბინაციით, შეგიძლიათ შექმნათ სხვადასხვა "მხედველობის" მანქანები, მაგალითად, მანქანა მეტროში.

ასე რომ, მრავალი წარმოების პროცესის საფუძველი, გარე ფოტოელექტრული ეფექტი, როგორც დიდი ფიზიკური აღმოჩენა, გახდა სამრეწველო ავტომატიზაციის წარმატებული მუშაობის გასაღები.

1. ფოტოელექტრული ეფექტის აღმოჩენის ისტორია

2. სტოლეტოვის კანონები

3. აინშტაინის განტოლება

4. შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი

5. ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენის გამოყენება

შესავალი

მრავალი ოპტიკური ფენომენი თანმიმდევრულად იყო ახსნილი სინათლის ტალღური ბუნების შესახებ იდეების საფუძველზე. თუმცა, მე-19 საუკუნის ბოლოს - მე-20 საუკუნის დასაწყისში. აღმოაჩინეს და შეისწავლეს ისეთი ფენომენები, როგორიცაა ფოტოელექტრული ეფექტი, რენტგენის გამოსხივება, კომპტონის ეფექტი, ატომებისა და მოლეკულების გამოსხივება, თერმული გამოსხივება და სხვა, რომელთა ახსნა ტალღის თვალსაზრისით შეუძლებელი აღმოჩნდა. ახალი ექსპერიმენტული ფაქტების ახსნა მოპოვებული იქნა სინათლის ბუნების შესახებ კორპუსკულური იდეების საფუძველზე. წარმოიშვა პარადოქსული სიტუაცია, რომელიც დაკავშირებულია ტალღების და ნაწილაკების სრულიად საპირისპირო ფიზიკური მოდელების გამოყენებასთან ოპტიკური ფენომენების ასახსნელად. ზოგიერთ ფენომენში სინათლე ავლენდა ტალღურ თვისებებს, ზოგში - კორპუსკულურ თვისებებს.

სხვადასხვა ფენომენებს შორის, რომლებშიც ვლინდება სინათლის ეფექტი მატერიაზე, მნიშვნელოვანი ადგილი უჭირავს ფოტოელექტრული ეფექტი, ანუ ნივთიერების მიერ ელექტრონების გამოსხივება სინათლის გავლენით. ამ ფენომენის ანალიზმა განაპირობა სინათლის კვანტების იდეა და უაღრესად მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა თანამედროვე თეორიული კონცეფციების განვითარებაში. ამავდროულად, ფოტოელექტრული ეფექტი გამოიყენება ფოტოცელებში, რომლებმაც მიიღეს უკიდურესად ფართო გამოყენება მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვადასხვა სფეროში და გვპირდებიან კიდევ უფრო მდიდარ პერსპექტივებს.

ფოტოელექტრული ეფექტის აღმოჩენის ისტორია

ფოტოელექტრული ეფექტის აღმოჩენა 1887 წელს უნდა მივაწეროთ, როდესაც ჰერცმა აღმოაჩინა, რომ ენერგიული ნაპერწკლების უფსკრულის ელექტროდების განათება ულტრაიისფერი შუქით ხელს უწყობს მათ შორის ნაპერწკლის გავლას.

ჰერცის მიერ აღმოჩენილი ფენომენი შეიძლება დაფიქსირდეს შემდეგ ადვილად განხორციელებად ექსპერიმენტში (ნახ. 1).

ნაპერწკალი F უფსკრულის ზომა შეირჩევა ისე, რომ წრეში, რომელიც შედგება T ტრანსფორმატორისა და C კონდენსატორისგან, ნაპერწკალი ძნელად სრიალებს (წუთში ერთხელ ან ორჯერ). თუ ელექტროდები F, დამზადებული სუფთა თუთიისგან, განათებულია ვერცხლისწყლის ნათურის Hg შუქით, მაშინ კონდენსატორის გამონადენი მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს: ნაპერწკალი იწყებს ხტუნვას ნახ. 1. ჰერცის ექსპერიმენტის სქემა.

ფოტოელექტრული ეფექტი ახსნა 1905 წელს ალბერტ აინშტაინმა (რისთვისაც მან მიიღო ნობელის პრემია 1921 წელს) მაქს პლანკის ჰიპოთეზაზე დაყრდნობით სინათლის კვანტური ბუნების შესახებ. აინშტაინის ნამუშევარი შეიცავდა მნიშვნელოვან ახალ ჰიპოთეზას - თუ პლანკი ვარაუდობდა, რომ სინათლე გამოიყოფა მხოლოდ კვანტური ნაწილებით, მაშინ აინშტაინს უკვე სჯეროდა, რომ სინათლე მხოლოდ კვანტური ნაწილების სახით არსებობს. სინათლის, როგორც ნაწილაკების (ფოტონების) იდეიდან, აინშტაინის ფოტოელექტრული ეფექტის ფორმულა დაუყოვნებლივ მოდის:

სად არის გამოსხივებული ელექტრონის კინეტიკური ენერგია, არის სამუშაო ფუნქცია მოცემული ნივთიერებისთვის, არის ჩავარდნილი სინათლის სიხშირე, არის პლანკის მუდმივი, რომელიც ზუსტად ისეთივე აღმოჩნდა, როგორც პლანკის ფორმულაში შავი სხეულის გამოსხივება.

ეს ფორმულა გულისხმობს ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვრის არსებობას. ამრიგად, ფოტოელექტრული ეფექტის კვლევა ერთ-ერთი პირველი კვანტური მექანიკური კვლევა იყო.

სტოლეტოვის კანონები

პირველად (1888–1890), დეტალურად აანალიზებდა ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენს, რუსი ფიზიკოსი ა.გ. სტოლეტოვმა ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანი შედეგები მიიღო. წინა მკვლევარებისგან განსხვავებით, მან ელექტროდებს შორის მცირე პოტენციური განსხვავება აიღო. სტოლეტოვის ექსპერიმენტის სქემა ნაჩვენებია ნახ. 2.

ბატარეაზე მიმაგრებულია ორი ელექტროდი (ერთი ბადის სახით, მეორე - ბრტყელი), რომელიც მდებარეობს ვაკუუმში. წრედთან დაკავშირებული ამპერმეტრი გამოიყენება მიღებული დენის გასაზომად. კათოდის სხვადასხვა ტალღის სიგრძის შუქით დასხივებით, სტოლეტოვი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ ულტრაიისფერ სხივებს ყველაზე ეფექტური ეფექტი ჰქონდა. გარდა ამისა, აღმოჩნდა, რომ სინათლის მიერ წარმოქმნილი დენის სიძლიერე მისი ინტენსივობის პირდაპირპროპორციულია.

1898 წელს ლენარდმა და ტომსონმა, ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში მუხტების გადახრის მეთოდის გამოყენებით, დაადგინეს ნახ. 2. სტოლეტოვის ექსპერიმენტის სქემა.

სინათლე კათოდიდან და მიიღო გამოხატულება

SGSE ერთეულები s/g, ემთხვევა ელექტრონის ცნობილ სპეციფიკურ მუხტს. აქედან მოჰყვა, რომ სინათლის გავლენით ელექტრონები გამოიდევნებოდა კათოდური ნივთიერებიდან.

მიღებული შედეგების შეჯამებით დადგინდა შემდეგი: ნიმუშებიფოტოეფექტი:

1. სინათლის მუდმივი სპექტრული შემადგენლობით, გაჯერების ფოტოდინების სიძლიერე პირდაპირპროპორციულია კათოდზე სინათლის ნაკადის ინციდენტისა.

2. სინათლის მიერ გამოდევნილი ელექტრონების საწყისი კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება სინათლის სიხშირის მატებასთან ერთად და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე.

3. ფოტოელექტრული ეფექტი არ ხდება, თუ სინათლის სიხშირე ნაკლებია თითოეული ლითონისთვის დამახასიათებელ გარკვეულ მნიშვნელობაზე, რომელსაც ეწოდება წითელი ზღვარი.

ფოტოელექტრული ეფექტის პირველი კანონზომიერება, ისევე როგორც თავად ფოტოელექტრული ეფექტის წარმოშობა, მარტივად შეიძლება აიხსნას კლასიკური ფიზიკის კანონების საფუძველზე. მართლაც, სინათლის ველი, რომელიც მოქმედებს ლითონის შიგნით ელექტრონებზე, აღაგზნებს მათ ვიბრაციას. იძულებითი რხევების ამპლიტუდამ შეიძლება მიაღწიოს ისეთ მნიშვნელობას, როდესაც ელექტრონები ტოვებენ ლითონს; შემდეგ შეინიშნება ფოტოელექტრული ეფექტი.

იმის გამო, რომ კლასიკური თეორიის მიხედვით, სინათლის ინტენსივობა პირდაპირპროპორციულია ელექტრული ვექტორის კვადრატის, გამოდევნილი ელექტრონების რაოდენობა იზრდება სინათლის ინტენსივობის მატებასთან ერთად.

ფოტოელექტრული ეფექტის მეორე და მესამე კანონები არ არის ახსნილი კლასიკური ფიზიკის კანონებით.

ფოტოდინების (ნახ. 3) დამოკიდებულების შესწავლით, რომელიც წარმოიქმნება ლითონი მონოქრომატული სინათლის ნაკადით დასხივებისას, ელექტროდებს შორის პოტენციურ განსხვავებაზე (ამ დამოკიდებულებას ჩვეულებრივ უწოდებენ ფოტოდინების მახასიათებელ ვოლტ-ამპერს). დადგინდა, რომ: 1) ფოტოდინება ხდება არა მხოლოდ დროს, არამედ ზეც; 2) ფოტოდენი განსხვავებულია ნულიდან მოცემული ლითონისთვის მკაცრად განსაზღვრულ პოტენციალის უარყოფით სხვაობამდე, ე.წ. შენელების პოტენციალი; 3) ბლოკირების (დაყოვნების) პოტენციალის სიდიდე არ არის დამოკიდებული დაცემის სინათლის ინტენსივობაზე; 4) ფოტოდინება იზრდება შეფერხების პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობის შემცირებით; 5) ფოტოდინების სიდიდე მატებასთან ერთად იზრდება და გარკვეული მნიშვნელობიდან ფოტოდინება (ე.წ. გაჯერების დენი) ხდება მუდმივი; 6) გაჯერების დენის სიდიდე იზრდება დაცემის სინათლის ინტენსივობის მატებასთან ერთად; 7) დაყოვნების მნიშვნელობა ნახ. 3. მახასიათებლები

პოტენციალი დამოკიდებულია ინციდენტის სინათლის სიხშირეზე; ფოტოდენი

8) სინათლის ზემოქმედებით გამოდევნილი ელექტრონების სიჩქარე არ არის დამოკიდებული სინათლის ინტენსივობაზე, არამედ დამოკიდებულია მხოლოდ მის სიხშირეზე.

აინშტაინის განტოლება

ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენი და მისი ყველა კანონი კარგად არის ახსნილი სინათლის კვანტური თეორიის გამოყენებით, რომელიც ადასტურებს სინათლის კვანტურ ბუნებას.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, აინშტაინმა (1905), შეიმუშავა პლანკის კვანტური თეორია, წამოაყენა იდეა, რომ არა მხოლოდ გამოსხივება და შთანთქმა, არამედ სინათლის გავრცელებაც ხდება ნაწილებად (კვანტებით), რომელთა ენერგია და იმპულსი:

სად არის ტალღის ვექტორის გასწვრივ მიმართული ერთეული ვექტორი. ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენებით მეტალებში ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენზე, აინშტაინმა შემოგვთავაზა შემდეგი ფორმულა:

, (1)

სად არის ელექტრონის მუშაობის ფუნქცია ლითონისგან და არის ფოტოელექტრონის სიჩქარე. აინშტაინის მიხედვით, თითოეულ კვანტს მხოლოდ ერთი ელექტრონი შთანთქავს და შემხვედრი ფოტონის ენერგიის ნაწილი იხარჯება ლითონის ელექტრონის სამუშაო ფუნქციის შესრულებაზე, ხოლო დანარჩენი ნაწილი ელექტრონს აწვდის კინეტიკურ ენერგიას.

როგორც (1)დან ირკვევა, მეტალებში ფოტოელექტრული ეფექტი შეიძლება მოხდეს მხოლოდ , წინააღმდეგ შემთხვევაში ფოტონის ენერგია არასაკმარისი იქნება მეტალიდან ელექტრონის გასაქრობად. სინათლის ყველაზე დაბალი სიხშირე, რომლის გავლენითაც ხდება ფოტოელექტრული ეფექტი, განისაზღვრება, ცხადია, მდგომარეობიდან

(2) პირობით განსაზღვრულ სინათლის სიხშირეს ფოტოელექტრული ეფექტის „წითელ ზღვარს“ უწოდებენ. სიტყვა "წითელი" არაფერ შუაშია სინათლის ფერთან, რომლის დროსაც ხდება ფოტოელექტრული ეფექტი. ლითონის ტიპის მიხედვით, ფოტოელექტრული ეფექტის "წითელი ზღვარი" შეიძლება შეესაბამებოდეს წითელ, ყვითელ, იისფერ, ულტრაიისფერ შუქს და ა.შ.

აინშტაინის ფორმულის გამოყენებით შეიძლება აიხსნას ფოტოელექტრული ეფექტის სხვა კანონზომიერებები.

დავუშვათ, რომ ანოდსა და კათოდს შორის არის დამუხრუჭების პოტენციალი. თუ ელექტრონების კინეტიკური ენერგია საკმარისია, მაშინ ისინი, დამუხრუჭების ველის გადალახვით, ქმნიან ფოტოდინებას. ის ელექტრონები, რომლებისთვისაც პირობა დაკმაყოფილებულია, მონაწილეობენ ფოტოდინებაში . შეფერხების პოტენციალის სიდიდე განისაზღვრება მდგომარეობიდან

, (3)

სად არის გამოდევნილი ელექტრონების მაქსიმალური სიჩქარე. ბრინჯი. 4.

(3) ჩანაცვლებით (1) მივიღებთ

ამრიგად, შეფერხების პოტენციალის სიდიდე არ არის დამოკიდებული ინტენსივობაზე, არამედ დამოკიდებულია მხოლოდ დაცემის სინათლის სიხშირეზე.

ლითონისა და პლანკის მუდმივიდან ელექტრონების მუშაობის ფუნქცია შეიძლება განისაზღვროს დამოკიდებულების დამოკიდებულების გამოსახატავად შევარდნის სინათლის სიხშირეზე (ნახ. 4). როგორც ხედავთ, პოტენციური ღერძიდან მოწყვეტილი სეგმენტი იძლევა .

გამომდინარე იქიდან, რომ სინათლის ინტენსივობა პირდაპირპროპორციულია ფოტონების რაოდენობასთან, შემთხვევის სინათლის ინტენსივობის ზრდა იწვევს გამოდევნილი ელექტრონების რაოდენობის ზრდას, ანუ ფოტოდინების ზრდას.

აინშტაინის ფორმულას ფოტოელექტრული ეფექტის არალითონებში აქვს ფორმა

.

არამეტალების შიგნით ატომიდან შეკრული ელექტრონის ამოღების სამუშაოს არსებობა აიხსნება იმით, რომ ლითონებისგან განსხვავებით, სადაც თავისუფალი ელექტრონებია, არამეტალებში ელექტრონები ატომებთან შეკრულ მდგომარეობაში არიან. ცხადია, როდესაც სინათლე ეცემა არამეტალებს, სინათლის ენერგიის ნაწილი იხარჯება ატომში არსებულ ფოტოელექტრიულ ეფექტზე - ელექტრონის ატომიდან გამოყოფაზე, ხოლო დანარჩენი ნაწილი იხარჯება ელექტრონის მუშაობის ფუნქციაზე და გადაცემაზე. კინეტიკური ენერგია ელექტრონს.

გამტარობის ელექტრონები სპონტანურად არ ტოვებენ ლითონს მნიშვნელოვანი რაოდენობით. ეს აიხსნება იმით, რომ ლითონი მათთვის პოტენციურ ხვრელს წარმოადგენს. მხოლოდ იმ ელექტრონებს, რომელთა ენერგიაც საკმარისია ზედაპირზე არსებული პოტენციური ბარიერის დასაძლევად, შეუძლიათ ლითონის დატოვება. ამ ბარიერის გამომწვევ ძალებს შემდეგი წარმოშობა აქვთ. ელექტრონის შემთხვევითი მოცილება მედის დადებითი იონების გარე ფენიდან იწვევს ჭარბი დადებითი მუხტის გამოჩენას იმ ადგილას, სადაც ელექტრონი დატოვა. კულონის ურთიერთქმედება ამ მუხტთან აიძულებს ელექტრონს, რომლის სიჩქარე არც თუ ისე მაღალია, უკან დაბრუნდეს. ამრიგად, ცალკეული ელექტრონები მუდმივად ტოვებენ ლითონის ზედაპირს, შორდებიან მას რამდენიმე ინტერატომურ მანძილზე და შემდეგ ბრუნდებიან უკან. შედეგად, მეტალი გარშემორტყმულია ელექტრონების თხელი ღრუბლით. ეს ღრუბელი იონების გარე შრესთან ერთად ქმნის ორმაგ ელექტრულ ფენას (ნახ. 5; წრეები იონებია, შავი წერტილები ელექტრონები). ასეთ ფენაში ელექტრონზე მოქმედი ძალები მიმართულია მეტალში. ამ ძალების წინააღმდეგ შესრულებული სამუშაო მეტალიდან ელექტრონის გარეთ გადატანისას მიდის ელექტრონის პოტენციური ენერგიის გაზრდაზე (ნახ. 5).

ამრიგად, ვალენტური ელექტრონების პოტენციური ენერგია ლითონის შიგნით ნაკლებია, ვიდრე ლითონის გარეთ, პოტენციური ჭაბურღილის სიღრმის ტოლი რაოდენობით (ნახ. 6). ენერგიის ცვლილება ხდება რამდენიმე ატომური დისტანციის რიგის სიგრძეზე, ამიტომ ჭაბურღილის კედლები შეიძლება ჩაითვალოს ვერტიკალურად.

ელექტრონის პოტენციური ენერგია ნახ. 6.

და იმ წერტილის პოტენციალს, სადაც ელექტრონი მდებარეობს, აქვს საპირისპირო ნიშნები. აქედან გამომდინარეობს, რომ ლითონის შიგნით პოტენციალი უფრო დიდია, ვიდრე მისი ზედაპირის უშუალო სიახლოვეს პოტენციალი.

ლითონის ჭარბი დადებითი მუხტის მინიჭება ზრდის პოტენციალს როგორც ზედაპირზე, ასევე ლითონის შიგნით. ელექტრონის პოტენციური ენერგია შესაბამისად მცირდება (ნახ. 7, ა).

პოტენციური და პოტენციური ენერგიის მნიშვნელობები უსასრულობაში მიიღება, როგორც საცნობარო წერტილი. უარყოფითი მუხტის შეტყობინება ამცირებს პოტენციალს ლითონის შიგნით და გარეთ. შესაბამისად იზრდება ელექტრონის პოტენციური ენერგია (ნახ. 7, ბ).

მეტალში ელექტრონის მთლიანი ენერგია შედგება პოტენციური და კინეტიკური ენერგიებისგან. აბსოლუტურ ნულზე, გამტარ ელექტრონების კინეტიკური ენერგიის მნიშვნელობები მერყეობს ნულიდან ენერგიის დონემდე, რომელიც ემთხვევა ფერმის დონეს. ნახ. 8, გამტარუნარიანობის ზოლის ენერგეტიკული დონეები ჩაწერილია პოტენციურ ჭაში (წერტილი გვიჩვენებს დონეებს დაუკავებელი 0K-ზე). ლითონისგან მოსაშორებლად, სხვადასხვა ელექტრონს სხვადასხვა ენერგია უნდა მიეცეს. ამრიგად, ელექტრონს, რომელიც მდებარეობს გამტარობის ზოლის ყველაზე დაბალ დონეზე, უნდა მიეცეს ენერგია; ფერმის დონეზე მდებარე ელექტრონისთვის საკმარისი ენერგიაა .

მინიმალური ენერგია, რომელიც უნდა გადაეცეს ელექტრონს, რათა ის მყარი ან თხევადი სხეულიდან ვაკუუმში გადაიყვანოს, ეწოდება სამუშაო ფუნქცია.მეტალიდან გამოსული ელექტრონის სამუშაო ფუნქცია განისაზღვრება გამოხატულებით

ჩვენ მივიღეთ ეს გამოხატულება იმ ვარაუდით, რომ ლითონის ტემპერატურა არის 0K. სხვა ტემპერატურაზე, სამუშაო ფუნქცია ასევე განისაზღვრება, როგორც განსხვავება პოტენციური ჭაბურღილის სიღრმესა და ფერმის დონეს შორის, ანუ განმარტება (4) ვრცელდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე. იგივე განმარტება ეხება ნახევარგამტარებს.

ფერმის დონე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. გარდა ამისა, თერმული გაფართოების გამო ატომებს შორის საშუალო მანძილების ცვლილების გამო, პოტენციური ჭაბურღილის სიღრმე ოდნავ იცვლება. ეს იწვევს სამუშაო ფუნქციას ოდნავ ტემპერატურაზე დამოკიდებული.

სამუშაო ფუნქცია ძალიან მგრძნობიარეა ლითონის ზედაპირის მდგომარეობის, კერძოდ მისი სისუფთავის მიმართ. სწორად შერჩეული ნახ. 8.

ზედაპირის საფარი, სამუშაო ფუნქცია შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს. მაგალითად, დედამიწის ტუტე ლითონის ოქსიდის (Ca, Sr, Ba) ფენის გამოყენება ვოლფრამის ზედაპირზე ამცირებს სამუშაო ფუნქციას 4,5 ევ-დან (სუფთა ვტ-ისთვის) 1,5-2 ევ-მდე.

შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი

ზემოთ ვისაუბრეთ ნივთიერების განათებული ზედაპირიდან ელექტრონების გათავისუფლებაზე და მათ სხვა გარემოზე, კერძოდ ვაკუუმში გადასვლაზე. ელექტრონების ამ გამოსხივებას ე.წ ფოტოელექტრონის ემისიადა თავად ფენომენი გარე ფოტოეფექტი.მასთან ერთად ე.წ შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი, რომელშიც, გარეგანისაგან განსხვავებით, ოპტიკურად აღგზნებული ელექტრონები რჩება განათებულ სხეულში ამ უკანასკნელის ნეიტრალიტეტის დარღვევის გარეშე. ამ შემთხვევაში იცვლება მუხტის მატარებლების კონცენტრაცია ან მათი მობილურობა ნივთიერებაში, რაც იწვევს ნივთიერების ელექტრული თვისებების ცვლილებას მასზე სინათლის ინციდენტის გავლენის ქვეშ. შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი დამახასიათებელია მხოლოდ ნახევარგამტარებში და დიელექტრიკებში. ის შეიძლება გამოვლინდეს, კერძოდ, განათებისას ერთგვაროვანი ნახევარგამტარების გამტარობის ცვლილებებით. ამ ფენომენზე დაყრდნობით - ფოტოგამტარობაშეიქმნა სინათლის მიმღების დიდი ჯგუფი და მუდმივად იხვეწება - ფოტორეზისტორები. ძირითადად იყენებენ კადმიუმის სელენიდს და სულფიდს.

არაერთგვაროვან ნახევარგამტარებში, გამტარობის ცვლილებასთან ერთად, შეინიშნება პოტენციური სხვაობის წარმოქმნაც (ფოტო - ემფ). ეს ფენომენი (ფოტოგალვანური ეფექტი) განპირობებულია იმით, რომ ნახევარგამტარების გამტარობის ერთგვაროვნების გამო, ოპტიკურად აღგზნებული ელექტრონების გამტარის მოცულობაში სივრცითი განცალკევება ხდება უარყოფითი მუხტის მატარებელი და მიკროზონების (ხვრელების) ფარგლებში. ატომების უშუალო სიახლოვეს, საიდანაც ელექტრონები გამოდიან და დადებითი ელემენტარული მუხტის მატარებელი ნაწილაკების მსგავსი. ელექტრონები და ხვრელები კონცენტრირებულია ნახევარგამტარის სხვადასხვა ბოლოებზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ელექტრომოძრავი ძალა, რის გამოც იგი წარმოიქმნება გარე ემფ-ის გამოყენების გარეშე. განათებულ ნახევარგამტართან პარალელურად დაკავშირებულ დატვირთვაში ელექტრული დენი. ამ გზით მიიღწევა სინათლის ენერგიის პირდაპირი გადაქცევა ელექტრო ენერგიად. სწორედ ამ მიზეზით, ფოტოელექტრული სინათლის მიმღებები გამოიყენება არა მხოლოდ სინათლის სიგნალების ჩასაწერად, არამედ ელექტრულ სქემებში, როგორც ელექტრო ენერგიის წყარო.

ასეთი მიმღებების ძირითადი ინდუსტრიული ტიპები დაფუძნებულია სელენისა და ვერცხლის სულფიდზე. ასევე ძალიან გავრცელებულია სილიციუმი, გერმანიუმი და მთელი რიგი ნაერთები - GaAs, InSb, CdTe და სხვა. ფოტოელექტრული უჯრედები, რომლებიც გამოიყენება მზის ენერგიის ელექტრულ ენერგიად გადაქცევისთვის, განსაკუთრებით ფართოდ გავრცელდა კოსმოსის კვლევაში, როგორც ბორტზე ენერგიის წყარო. მათ აქვთ შედარებით მაღალი ეფექტურობა (20%-მდე) და ძალიან მოსახერხებელია კოსმოსური ხომალდის ავტონომიური ფრენის პირობებში. თანამედროვე მზის ელემენტებში, ნახევარგამტარული მასალის მიხედვით, ფოტო - ემფ. აღწევს 1-2 ვ-ს, დენის ამოღება რამდენიმე ათეული მილიამპერიდან და 1 კგ მასაზე გამომავალი სიმძლავრე აღწევს ასობით ვატს.