Cuando la luz incide sobre determinadas sustancias, las propiedades eléctricas de la sustancia cambian, es decir, la energía luminosa se convierte en energía eléctrica. Este fenómeno de cambio fotoeléctrico se denomina colectivamente efecto fotoeléctrico. Este fenómeno fue descubierto accidentalmente por Hertz en 1887 durante estudios experimentales de la teoría electromagnética de Maxwell. En 1888, el físico alemán Holva confirmó que esto se debía a la presencia de objetos cargados en el espacio de descarga. En 1899, J.J. Tang Musun confirmó experimentalmente que un cuerpo cargado es un flujo de electrones similar a los rayos catódicos. Durante 1899-1902, Learnard realizó una investigación sistemática sobre el efecto fotoeléctrico y lo llamó efecto fotoeléctrico. En 1905, Einstein utilizó la teoría cuántica de la luz para explicar exhaustivamente el efecto fotoeléctrico en su artículo "Una visión inspiradora sobre la generación y transformación de la luz". En 1916, el científico estadounidense Millikan demostró la explicación teórica de Einstein mediante experimentos cuantitativos precisos y también demostró la teoría cuántica de la luz.
Efecto fotoeléctrico
En 1905, Einstein propuso la hipótesis del fotón y explicó con éxito el efecto fotoeléctrico, lo que le valió el Premio Nobel de Física en 1921. Cuando la luz incide sobre un metal, las propiedades eléctricas del material cambian. Este fenómeno fotoelectrocrómico se denomina colectivamente efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico se puede dividir en emisión de fotoelectrones, efecto de fotoconductividad y efecto fotovoltaico. El primer fenómeno ocurre en la superficie de un objeto y también se llama efecto fotoeléctrico externo. Los dos últimos fenómenos ocurren dentro de los objetos y se denominan efectos fotoeléctricos internos. Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico en 1887 y Einstein fue el primero en explicar con éxito el efecto fotoeléctrico (el efecto de una superficie metálica que emite electrones bajo la acción de la irradiación de luz, y los electrones emitidos se llaman fotoelectrones). Sólo cuando la longitud de onda de la luz es menor que un cierto valor crítico, se pueden emitir electrones, que es la longitud de onda límite, y la frecuencia de la luz correspondiente se denomina frecuencia límite. El valor crítico depende del material metálico y la energía del electrón emitido depende de la longitud de onda de la luz, independientemente de la intensidad de la luz, y no puede explicarse por la fluctuación de la luz. También existe una contradicción con la fluctuación de la luz, que es el carácter instantáneo del efecto fotoeléctrico. Según la teoría de la fluctuación, si la luz incidente es débil y el tiempo de irradiación es largo, los electrones del metal pueden acumular suficiente energía y salir volando de la superficie del metal. Pero el hecho es que mientras la frecuencia de la luz sea superior a la frecuencia límite del metal, independientemente del brillo de la luz, la generación de fotones es casi instantánea, no más de diez menos nueve segundos. La interpretación correcta es que la luz debe consistir en unidades de energía estrictamente definidas (es decir, fotones o cuantos de luz) que estén relacionadas con la longitud de onda. En el efecto fotoeléctrico, la dirección de emisión de los electrones no es completamente direccional, sino que en su mayoría se emite perpendicular a la superficie del metal, independientemente de la dirección de la iluminación. La luz es una onda electromagnética, pero es un campo electromagnético ortogonal que oscila a alta frecuencia. La amplitud es muy pequeña y no afecta la dirección de emisión de los electrones. Introducción
El efecto fotoeléctrico se puede dividir en emisión de fotoelectrones, efecto de fotoconductividad y efecto fotovoltaico. El primer fenómeno ocurre en la superficie de un objeto y también se llama efecto fotoeléctrico externo. Los dos últimos fenómenos ocurren dentro de los objetos y se denominan efectos fotoeléctricos internos.
Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico en 1887, y Einstein fue el primero en explicarlo con éxito. El efecto de los electrones emitidos por una superficie metálica bajo irradiación de luz se llama fotoelectrones. Sólo cuando la longitud de onda de la luz es menor que un cierto valor crítico, se pueden emitir electrones, que es la longitud de onda límite, y la frecuencia de la luz correspondiente se denomina frecuencia límite. El valor crítico depende del material metálico y la energía de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la luz y no tiene nada que ver con la intensidad de la luz. No puede explicarse por la fluctuación de la luz. También existe una contradicción con la fluctuación de la luz, que es el carácter instantáneo del efecto fotoeléctrico. Según la teoría de la fluctuación, si la luz incidente es débil y el tiempo de irradiación es largo, los electrones del metal pueden acumular suficiente energía y salir volando de la superficie del metal. Pero el hecho es que mientras la frecuencia de la luz sea superior a la frecuencia límite del metal, independientemente del brillo de la luz, la generación de fotones es casi instantánea, no más de diez menos nueve segundos. La interpretación correcta es que la luz debe consistir en unidades de energía estrictamente definidas (es decir, fotones o cuantos de luz) que estén relacionadas con la longitud de onda.
En el efecto fotoeléctrico, la dirección de emisión de los electrones no es completamente direccional, sino que se emite mayoritariamente perpendicular a la superficie del metal, independientemente de la dirección de iluminación. La luz es una onda electromagnética, pero es un campo electromagnético ortogonal que oscila a alta frecuencia. La amplitud es muy pequeña y no afecta la dirección de emisión de los electrones.
El efecto fotoeléctrico demuestra que la luz tiene naturaleza de partículas. En consecuencia, los ejemplos más típicos de fluctuaciones de la luz son la interferencia y la difracción de la luz.
Mientras la frecuencia de la luz supere una determinada frecuencia límite, los fotoelectrones escaparán inmediatamente de la superficie metálica iluminada por la luz, produciendo un efecto fotoeléctrico. Cuando se añade un circuito cerrado al exterior del metal y se añade una fuente de alimentación directa, todos estos fotoelectrones escapados llegan al ánodo, formando la llamada fotocorriente.
Cuando la luz incidente permanece sin cambios, al aumentar el voltaje CC en los dos polos de la fotocélula y aumentar la energía cinética de los fotoelectrones, la fotocorriente aumentará. Sin embargo, la fotocorriente no aumentará infinitamente. Limitado por el número de fotoelectrones, existe un valor máximo, que es la corriente de saturación. Por lo tanto, cuando la intensidad de la luz incidente aumenta, según la hipótesis del fotón, la intensidad de la luz incidente (es decir, la energía luminosa que pasa a través de la unidad de área vertical por unidad de tiempo) depende del número de fotones que pasan a través de la unidad de área vertical por unidad. tiempo El número de fotones que pasan a través de la superficie del metal por unidad de tiempo El número también aumenta, por lo que el número de colisiones entre fotones y electrones en el metal también aumenta, por lo que el número de fotoelectrones que escapan de la superficie del metal por unidad de tiempo también aumenta. y la corriente de saturación también aumenta.