Fotoeffekt

Ikki xil fotoelektr effekt: tashqi va ichki fotoeffekt mavjud. Tashqi fotoeffekt elektromagnit nurlanish tushayotgan modda sirtidan elektronlar chiqadi. Odatda, fotoeffektni hosil qiluvchi nurlanishning to’lqin uzunligi optik diapazonida yotadi. Ichki fotoeffekt qattiq jismlar eletkromagnit nurlanishni yutayotganida, atom eletronlarining shu jismdagi holatlariga qarab, ularning qayta taqsimlanishiga bog’liq.

 Fotoeffekt hodisasini tadqiq qilishni 1887 yilda nemis fizigi G.Gers boshlab berdi. U ultrabinafsha nurlanish ta’sirida ikki metall sterjen –elektrodlar orasida elektr uchquni nurlash bo’lmaganligiga nisbatan potentsiallar farqi ozroq bo’lganda ham uchib o’tishini aniqladi. Fotoeffektni 1888 yilda birinchi bo’lib rus fizigi A. G. Stoletov sinchiklab o’rgandi. Stoletov kuzatgan hodisaning mohiyati: yaxshilab havosi so’rib olingan idishga joylashtirilgan metall plastina yoritilganda undan manfiy zaryadlangan zarralar – elektronlar uchib chiqadi.

Keyinchalik fanda quyidagi qonun aniqlandi: uchib chiqayotgan elektronlarning maksimal tezligi elektromagnit to’lqinlarning faqat tebranish chastotasiga bog’liq bo’ladi va chastota ortgan sari tezlik ham oshib boradi, qizil yorug’lik bilan yoritilgan plastinani tashlab ketayotgan elektronlarning tezligi shu plastinani binafsha yorug’lik bilan yoritilganda undan uchib chiqayotgan elektronlarning tezligidan deyarli ikki marta kichikdir. Bunda elektronlar tezligi plastinaning yoritilganligiga bog’liq bo’lmaydi. Bunday hodisani yorug’lik uzluksiz elektromagnit to’lqin, deb qarab tushuntirib bo’lmaydi. Bu holda to’lqin amplitudasi ortishi bilan, ya’ni sirtning yoritilganligi ortishi bilan elektronlarning tezligi ham o’sishi kerak edi.

 A. Eynshteyn fotoeffekt hodisasini ℏv energiyali ayrim yorug’lik kvanti oqimining modda elektronlari bilan o’zaro ta’siridan iborat, deb qaragandan keyin bu hodisa muammosi tushunarli bo’lib qoldi. Elektron energiyasi elektronni metalldan ajratib olish uchun sarflanadigan ish A ga va unga kinetik energiya berishga sarf bo’ladi:

  bu yerda γ– nurlanish chastotasi, m– massa, v – elektron tezligi. A doimiyga chiqish ishi deyiladi. Bu tenglamani birinchi bo’lib A. Eynshteyn yozdi va uning nomi bilan ataldi. Olingan munosabat tajribada tekshirilganda u fotoeffekt qonuniyatlarini to’liq tushuntirib berdi. YAngi hodisani kvant tasavvurlar asosida muvaffaqiyatli tushuntirish kvant mexanikaning keyingi rivojiga xizmat qildi.

Tashqi fotoeffektdan foydalanish uchun fotoelementlar: yorug’lik oqimini elektr signalga aylantiruvchi qurilmalar yaratildi. Fotoelementdan uzatiladigan elektr signalni elektron qurilma yordamida kuchaytirish va biron-bir sistemani, masalan, metroda turniketni boshqarishda foydalanish mumkin.

Elektronlarning yarimo’tkazgichli materiallar hajmida fotonlar oqimi ta’sirida qayta taqsimlanishi natijasida erkin elektr zaryadlar hosil bo’ladi va uning elektr qarshiligi kamayadi. Ichki fotoeffektli bunday fotoelementlarga fotoqarshiliklar deyiladi.

 Elektromagnit nurlanish ta’sirida ular qarshilikni o’zgartiradi, shu tufayli ularning zanjirida tok o’zgaradi. Fotoqarshiliklar tashqi fotoeffektli fotoelementlardan farqli ravishda infraqizil uzun to’lqinli nurlanishdan ta’sirlana oladi. Ular yordamida kuchsiz isitilgan jismlarda temperaturaning taqsimoti o’lchanadi. Maxsus asboblar, masalan, odam tanasi sirtidagi temperatura kartasini olishga va temperatura taqsimoti bo’yicha inson sog’lig’ini nazorat qilib turishga imkon beradi.

Quyosh batareyalari parvozdagi kosmik kemalarni energiya bilan ta’minlaydi. Ular yorug’likni elektr energiyaga aylantiruvchi juda ko’p fotodiodlardan tarkib topgan. Fotodiod – yarimo’tkazgich kristall bo’lib, uning bir qismi elektron, boshqa qismi kovak o’tkazuvchanlikka ega. Bu qismlar orasida r–n-o’tish vujudga keladi. Fotodiod yoritilganda, uning bitta elektrodi musbat, boshqasi manfiy zaryadlanadi. Agar elektrodlar orasiga rezistor ulansa, undan tok o’tadi. Zamonaviy fotodiodlar tushayotgan energiyaning faqat oz qismini elektr tokiga aylantirib beradi. Biroq kelajakda, olimlarning fikricha, FIK katta bo’lgan fotodiodlar ishlab chiqariladi, ular yutilayotgan yorug’lik energiyasining deyarli hammasini elektr tokiga aylantirib beradi.