Фотоефект
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Фотоефект

Фотоефект, випускання електронів речовиною під дією електромагнітного випромінювання ( фотонів ). Ф. був відкритий в 1887 Р. Герцем . Перші фундаментальні дослідження Ф, виконані А. Р. Столетовим (1888). Він встановив, що у виникненні фотоструму в ланцюзі, що містить металеві електроди і джерело напруги, істотну роль грає освітлення негативного електроду і що сила фотоструму пропорційна інтенсивності світла. Ф. Ленард (1899) довів, що при освітленні металів з них випускаються електрони. Перше теоретичне пояснення законів Ф. дав А. Ейнштейн (1905). Надалі теорія Ф. була розвинена в найбільш послідовному вигляді І. Е. Таммом і С. П. Шубіним (1931). Великий вклад в експериментальне дослідження Ф. внесли роботи А. Ф. Іоффе (1907), П. І. Лукирського і С. С. Прілежаєва (1928).

загрузка...

  Ф. – квантове явище, його відкриття і дослідження зіграли важливу роль в експериментальному обгрунтуванні квантової теорії: лише на її основі виявилося можливим пояснення закономірностей Ф. Свободний електрон не може поглинути фотон, т.к. прі цьому не можуть бути одночасно дотримані закони збереження енергії і імпульсу. Ф. з атома, молекули або середовища, що конденсує можливий із-за зв'язку електрона з оточенням. Цей зв'язок характеризується в атомі енергією іонізації, в середовищі, що конденсує, – роботою виходу . Закон збереження енергії при Ф. виражається співвідношенням Ейнштейна: , де E – кінетична енергія фотоелектрона, – енергія фотона,  – Планка постійна, E i – енергія іонізації атома або робота виходу електрона з тіла. При  < E i , Ф. неможливий.

  Ф. може спостерігатися в газах на окремих атомах і молекулах (фотоіонізація). Первинним актом тут є поглинання фотона атомом і іонізація з випусканням електрона. З високою мірою точності можна вважати, що вся енергія фотона за вирахуванням енергії іонізації передається електрону, що випускається. У середовищах, що конденсують, механізм поглинання фотонів залежить від їх енергії. При , рівних або таких, що не дуже сильно (у десятки і сотні разів) перевищують роботу виходу, випромінювання поглинається електронами провідності металах ) або валентними електронами (у напівпровідниках і діелектриках ), колективізованими в твердому телі. В результаті може спостерігатися фотоелектронна емісія (зовнішній фотоефект) з граничною енергією фотонів, рівній роботі виходу, або фотоефект внутрішній ( фотопровідність і ін. фотоелектричні явища) з граничною енергією фотонів, рівній ширині забороненої зони.

  При енергіях фотонів , міжатомних зв'язків, що у багато разів перевищують енергію, в середовищі ( гамма-випромінювання ) , що конденсує, фотоелектрони можуть вириватися з «глибоких» оболонок атома. Вплив середовища на первинний акт Ф. в цьому випадку нехтує мало в порівнянні з енергією зв'язку електрона в атомі і Ф. відбувається так само, як на ізольованих атомах. Ефективний переріз Ф. s ф спочатку зростає з w, а потім, коли стає більше енергії зв'язку електронів найглибших оболонок атома, зменшується. Така залежність s ф від w якісно пояснюється тим, що чим більше в порівнянні з E i , тим пренебрежімєє зв'язок електрона з атомом, а для вільного електрона Ф. неможливий. Унаслідок того що електрони до-оболонки найсильніше зв'язані в атомі і цей зв'язок зростає з атомним номером Z , s ф має найбільше значення для К-електронов і швидко збільшується при переході до важких елементів (~ Z 5 ) . При порядку атомних енергій зв'язку Ф. є переважаючим механізмом поглинання гамма-випромінювання атомами, при вищих енергіях фотонів його роль стає менш істотною в порівнянні з ін. механізмами: Комптона ефектом, народженням електронно-позитронних пар.

  Ядерним Ф. називається поглинання g-кванта атомним ядром, що супроводиться його перебудовою (див. Фотоядерні реакції ).

  Ф. широко використовується в дослідженнях будови речовини – атомів, атомних ядер, твердих тіл (див. Фотоелектричні явища ), а також у фотоелектронних приладах.

  Літ.: Hertz Н., Uber einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung, «Annalen der Physik und Chemie», 1887, Bd 31; Столетов А. Р., Ізбр. соч.(вигадування), М. – Л., 1950; Ейнштейн А., Собр. научн. тр., т. 3, М., 1966; Tamm Ig., Scliubin S., Zur Theorie des Photoeffektes an Metalien, «Zeitschrift fur Physik», 1931, Bd 68; Лукирський П. І., Про фотоефект, Л. – М., 1933; Стародубцев С. Ст, Романів А. М., Взаємодія гамма-випромінювання з речовиною, ч. 1, Таш., 1964.

  Т. М. Ліфшиц.