О классическом объяснении явления фотоэффекта

Современный Фотоэффект…

Не проходите мимо!!!! В данном разделе приводятся веские основания для того, чтобы считать неудовлетворительным классическое объяснение фотоэффекта.

Об истории открытия фотоэффекта, закончившейся эйнштейновской полу – теорией. О недосмотрах и упущениях допущенных Столетовым и недостатках теории статического электричества.

Обоснование фотоэффекта на новых принципах!!!

Фотоэффект в полупроводниках, примесный и внутренний. Эффект Дембера. Эффект Холла. Опыты Лебедева.

В 1887 г. Герц, проводивший опыты по передаче открытых им незадолго до того электромагнитных волн, заметил, что индуцируемая искра проскакивала легче, когда искровой промежуток не был ничем заслонен от индуцирующей искры.

Это оказалось замечательным открытием Герца. Сделать его было непросто, так как было множество других факторов, которыми можно было объяснить этот, в конечном счете, лишь незначительный эффект. Чтобы выяснить, вызывается ли он светом, Герц поместил между обоими искровыми промежутками непрозрачный экран и убедился в том, что индуцируемая искра оказалась явно слабее. Тогда он взял кусок стекла и получил тот же аффект. Герц был озадачен, пока не сообразил, что стекло пропускает только видимый спектр. Когда он взял кварц, который пропускает ультрафиолетовые лучи, индуцированная искра не ослаблялась. Таким образом, наблюдаемый эффект вызывался ультрафиолетовым излучением, идущим от индуцирующей искры. Сегодня можно продемонстрировать этот эффект более четко, направив прямо на искровой промежуток ультрафиолетовые лучи.

Все эти явления на самом деле, однако, не создавали серьезных затруднений для классической физики. Они были не более необычными, чем, например, отрытое Фарадеем магнитное вращение плоскости поляризации света. Можно было надеяться найти им объяснение в рамках классической физики.

Но вот следующее явление было более загадочным. В 1888 г. Гальвакс (1859—1922) обнаружил, что ультрафиолетовые лучи разряжают отрицательно заряженный электроскоп, тогда как с положительно заряженным электроскопом при этом ничего не происходило (рис.1). Почему существовала такая разница?

Потом было обнаружено, что при работе одной из электродуговых установок, на второй установке разряд происходил при меньшем напряжении, чем при выключенной первой. Из этого был сделан вывод, что свет от дуги действует на характер возникновения разряда на втором приборе. Потом был поставлен ряд опытов и выяснено, что свет от первой дуги действует только на отрицательный электрод второй дуги и не действует на положительный.

Опыт с облучением светом электрической дуги отрицательно заряженной цинковой пластины, соединенной с электроскопом, показал, что при этом стрелка электроскопа опускается, что говорит об исчезновении (нейтрализации) отрицательного заряда.

При положительно заряженной пластине нейтрализации заряда не происходит.

Рис. 1.

Это явление впоследствии получило название фотоэффекта.

Более детальным исследованием этого явления занимался А.Г. Столетов

Во-первых, он обнаружил в опыте подобном предыдущему подъем стрелки положительно заряженного электроскопа при облучении дугой.

Во-вторых, он предложил новую схему опытов с использованием малых, до 200 вольт напряжений на пластине, вместо сообщения ей неизвестно какого заряда..

Рис. 2. Схема опытов Столетова

Схема опыта приведена на рис. 2: цинковая пластина, питаемая от отрицательного зажима батареи и, параллельная ей, сетчатая пластина, питаемая от положительного зажима батареи, облучались светом электрической дуги. При этом появлялся ток, и при увеличении разности потенциалов отмечалось его возрастание до определенного порога. При перемене полюсов источника тока не наблюдалось. Имелась возможность изменения расстояния между пластинами. Столетов такую схему назвал конденсатором. Что сразу дает повод для рассмотрения одновременно двух процессов: взаимодействие излучения с отрицательной пластиной и ионизацию воздушной среды между сплошной и сетчатой пластиной. Не стоит сразу отметать и взаимодействие с сетчатой пластиной прямого и отраженного излучения.

При боле сложном опыте Ф. Ленардом в 1900 г. облучался отрицательный электрод через кварцевое окошко в вакуумной колбе. Было обнаружено, что ток вызван только ультрафиолетовой частью спектра облучения, а эксперименты с выбором материала показали зависимость возникновения тока от материала, точнее от спектра его поглощения, что сегодня называется красной границей фотоэффекта.

Схема опыта Ленарда и вольт-амперная характеристика приведена ниже.

Рис. 3. Схема опыта Ленарда.

Схема дает возможность менять полярность источника тока.

Вторая схема показывает включение, при котором возникает электрический ток.

Рис. 4

Рис.5

Для сравнения (рис.5) представим две ВАХ: фотоэлемента Ленарда с разными интенсивностями облучения и обычного вакуумного диода с подогревом катода.

В принципе одно и то же. Данная схожесть ВАХ неслучайна и во многом объясняет инерционность обоих типов ламп при отсутствии напряжения и при смене питающей разницы потенциалов. Пояснено это будет ниже.

Кривые показывают, что при достаточно больших положительных напряжениях на аноде A фототок достигает насыщения. Тщательные измерения показали, что ток насыщения I _н прямо пропорционален интенсивности падающего света. Если напряжение на аноде меньше, чем запирающее напряжение –Uз, фототок прекращается но не сразу, а только с его увеличением.

К удивлению ученых, величина Uз оказалась не зависящей от интенсивности падающего светового потока.

Тщательные измерения показали, что запирающий потенциал линейно возрастает с увеличением частоты ν света .

Рис. 6 Зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν падающего света.

Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта:

Максимальный запирающий ток линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.

Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота νmin, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Фотоэффект практически безинерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.

Такая безинерционность является дополнением к инерционности (наличии малого тока) после смены полярности либо выключении питания.

Все эти закономерности фотоэффекта в корне противоречили представлениям классической физики о взаимодействии света с веществом.

Это была предыстория фотоэффекта.

К 1905 году сложилось впечатление, что электромагнитная теория света не в состоянии объяснить эти закономерности. Далее следуют выводы на основе предположения, что электрический ток есть перемещение свободных электронов проводника. Предположение это сделано было Лоренцем за 10 лет до того.

Выход вроде был найден А. Эйнштейном в 1905 г. Теоретическое объяснение наблюдаемых закономерностей фотоэффекта было дано Эйнштейном на основе гипотезы М. Планка о том, что свет излучается и поглощается определенными порциями, причем энергия каждой такой порции определяется формулой E = hν, где h – постоянная Планка Эйнштейн сделал следующий шаг в развитии квантовых представлений. Он пришел к выводу, что и свет имеет прерывистую дискретную структуру. Электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии:

Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.

С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна следуют линейная зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света, существование красной границы, безынерционность фотоэффекта. Общее число фотоэлектронов, покидающих за 1 с поверхность катода, должно быть пропорционально числу фотонов, падающих за то же время на поверхность. Из этого следует, что ток насыщения должен быть прямо пропорционален интенсивности светового потока.

Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν, равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e:

Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Такие измерения были выполнены Р. Милликеном (1914 г.) и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком. Эти измерения позволили также определить работу выхода A:

где c – скорость света, λкр – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта. У большинства металлов работа выхода A составляет несколько электрон-вольт (1 эВ = 1,602·10–19 Дж). В квантовой физике часто используется электрон-вольт в качестве энергетической единицы измерения. Значение постоянной Планка, выраженное в электрон–вольтах в секунду, равно

h = 4,136·10–15 эВ·с.

Среди металлов наименьшей работой выхода обладают щелочные металлы. Например, у натрия A = 1,9 эВ, что соответствует красной границе фотоэффекта λкр ≈ 680 нм. Поэтому соединения щелочных металлов используют для создания катодов в фотоэлементах, предназначенных для регистрации видимого света.

Итак, законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов.

Энергия фотонов равна

E = hν.

Фотон движется в вакууме со скоростью c. Фотон не имеет массы, m = 0. Из общего соотношения специальной теории относительности, связывающего энергию, импульс и массу любой частицы,

E² = m²c⁴ + p²c²

следует, что фотон обладает импульсом

Таким образом, учение о свете, совершив виток длительностью в два столетия, вновь возвратилось к представлениям о световых частицах – корпускулах.

Но это не был механический возврат к корпускулярной теории Ньютона. В начале XX века стало ясно, что свет обладает двойственной природой. При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект). Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма. Позже двойственная природа была открыта у электронов и других элементарных частиц. Классическая физика не может дать наглядной модели сочетания волновых и корпускулярных свойств у микрообъектов. Движением микрообъектов управляют не законы классической механики, а законы квантовой механики. Теория излучения абсолютно черного тела, развитая М. Планком , и квантовая теория фотоэлектрического эффекта Эйнштейна лежат в основании этой современной науки.

Ну а теперь наступает время возражать общепринятому мнению.

Наши пояснения:

Для начала посмотрим на теорию от Эйнштейна и зададим несколько вопросов.

А что это за формула

и какое отличие ее от часто приводящейся в литературе формулы

и обе называют формулами Эйнштейна для фотоэффекта.

Причем в учебниках приводится либо первая, либо вторая формулы. А в малюсеньком параграфе, посвященному фотоэффекту в статье Эйнштейна приведена именно первая формула. И не просто первая формула, а три ее модификации с почти одинаковыми обозначениями и достаточно туманным пояснением.

Вторая у него не фигурирует вообще. В литературе данная интерпретация начинает появляться только почти через двадцать лет после публикации. А обязательную нобелевскую лекцию по случаю награждения за фотоэффект и выдающийся вклад в теоретическую физику Эйнштейн посвятил вовсе не фотоэффекту, а своей более чем сомнительной теории относительности в качестве откровенной саморекламы. К фотоэффекту Эйнштейн больше не возвращался.

В чем же отличие этих формул, вроде как в удобстве записи, но заметим, что во второй формуле пропадает работа по перемещению заряда, зависящая от запирающего напряжения. Появляется кинетическая энергия и отсутствует вообще даже сам заряд.

Давайте-ка начнем с первоисточника.

……….

Эйнштейн никак не обосновывает предположение, почему свободный электрон, находясь на поверхности заряженного тела должен терять часть своей кинетической энергии. Нет ни ссылок, ни даже намека на доказательство этого положения. При наличии электрического поля, то есть разницы потенциалов электрон действительно должен ускоренно двигаться по проводнику в сторону положительного потенциала.

При выходе на поверхность по всем законам электростатики он должен не просто потерять часть энергии, а полностью потерять ее, просто остановиться и остаться на поверхности.

Один из главных принципов электростатики гласит, заряд располагается по поверхности проводника !!!!! даже в отсутствии внешнего электрического поля.

То есть речь должна идти об ускоренном сосредоточении всех свободных электронов проводника на поверхности расположенной в идеальном случае параллельно с противоположной, положительно заряженной пластиной при подключении батареи..

В лампе Ленарда имеется достаточно хороший вакуум, который и сегодня считается наилучшим диэлектриком. Не даром диэлектрическая проницаемость вакуума принята за единицу.

Так что одно это допущение с кинетической энергией уже говорит либо о безграмотности автора, либо о его неосведомленности и скоропалительности суждений. По принципам электростатики цепь вместе с источником питания является проводником и должно произойти разделение зарядов. Есть правда ньюансы с объемным зарядом в батарее, но, тем не менее, насыщение самого проводника отрицательными зарядами должно быть на лицевой поверхности катода при наличии электрического поля, даже при учете объемности совокупного заряда.

А это поле существует между близко расположенными электродами как раз в силу разделения зарядов.

Другое дело, что это собственные проблемы электростатики, но по ее теории процесса это не отменяет.

Кинетической энергией электроны на поверхности катода не обладают. А по закону Кулона имеется сила притяжения между заряженными пластинами, что создает парадоксальную ситуацию: электроны не могут выйти в вакуум по причине его идеального диэлектрического свойства, но обладают некой энергией, которую и кинетической назвать нельзя. А посему приходится признать, что она потенциальна.

То есть Эйнштейн уже не прав и энергия не кинетическая!!!

Еще один парадоксальный на первый взгляд момент. При наличии некоторого порогового значения разницы потенциалов происходит электрический пробой вакуума. Это происходит в катодных трубках при определенной степени разряжения. Именно с ними в то время и работал уже нобелевский лауреат Ленард.

Причем в трубках при нормальном давлении и той же разнице потенциалов пробоя не происходило. Правда величины напряжений, с которыми оперировал Ленард составляли тысячи и десятки тысяч вольт. И на этих же трубках Рентген открыл свои Х-лучи.

Уже в то время никто не задумался об «идеальности» диэлектрических свойств вакуума. Все так и продолжается.

Но результаты экспериментов не только Ленарда, но и многих других ученых, работавших с вакуумными приборами заставляют сделать вывод, что диэлектрическая проницаемость вакуума нелинейно зависит от напряжения и степени разряжения.

А собственно не диэлектрическая проницаемость, а сопротивление электрическому току, или обратная ему величина - проводимость. И получается что воздух при нормальном давлении даже худший проводник, чем разреженная атмосфера вакуума электронной лампы.

В настоящее время проводимость металлов объясняется наличием свободных «электронов» в проводнике. Проводимость растворов электролитов объясняется образованием и движением ионов. Проводимость газов также в основном объясняется их ионизацией. А деление на проводники и диэлектрики условно, так как имеется пороговое напряжение, при котором происходит их пробой.

То есть любое вещество в той или иной мере является проводником и ток может представлять из себя не только электроны, но и ионы.

За исключением вакуума.

Чем выше его степень, тем меньше в нем этих самых возможно свободных электронов и атомов вещества независимо от степени их ионизации. И при этом остается явление фотоэффекта – облучение катода светом, при котором пороговое напряжение пробоя вакуума, да и любого газового наполнителя трубки аномально снижается.

К сожалению сегодня не удается в Интернете обнаружить оригинальных работ Ленарда, по-видимому, в связи с его партийной принадлежностью к «наци», даже переводов на иностранные языки не делалось. Опять же он очень резко отзывался о деятельности самого Эйнштейна.

Эйнштейн посчитал, что подобное излучение, направленное на катод может передаваться порциями энергии-квантами и вызывать выход электронов с его поверхности. Поэтому и ввел работу выхода. Энергию кванта без этой работы выхода он приравнял кинетической энергии, заявив, что это условие выхода электрона в вакуум. Очевидно, что в то время кванту не придавалась значения импульса и направления, как величины векторной. И автор не учел законов электростатики. Поэтому вместо вычитания из «потенциальной Кулоновской» энергии налетающего кванта-фотона вектор скорости которого направлен почти по нормали к катоду, он произвел сложение энергии кванта с предполагаемой кинетической энергией электрона, которой на самом деле нет. В результате сделал роковую ошибку, и появилась на свет пресловутая работа выхода электрона в вакуум.

А дальше сделал невероятную вещь. Дальнейшего процесса рассматривать не стал, а сразу перешел к рассмотрению варианта с запирающим напряжением.

А процесс достаточно серьезный и требовал тщательного рассмотрения.

Например: имеются серьезные, неразрешимые аналитически проблемы при описании движения заряженных частиц в электрическом поле. Это решение «задачи Трех ЗАРЯДОВ» по аналоги с задачей движения «трех тел», обладающих массой и подчиняющихся закону Ньютона. Тождественность трактовки обоих законов Кулона и Ньютона предполагает и одинаковые проблемы!!!!!!!

В последней редакции статьи Электрон

http://fatyf.narod.ru/ELECTRON.htm

об этом говорится при рассмотрении расчетов Тоулмена-Стюарта.

Данный просчет, допущенный еще Лоренцем и привнесенный в классическую теорию свободных электронов сводит на нет все ее положения и делает невозможным аналитическое описание в ее рамках всех процессов передачи электрического тока носителями с массой и зарядом, то есть электронам.

Это главное и наиболее серьезное замечание.

Но даже если и это не убеждает, то при использовании свободных электронов, преодолевающих вакуум и поглощаемых катодом происходит и другая странность.

Это ( по электростатике) наличие разрыва уже в аноде. Пока рассматриваем не сам фотоэффект, а просто трубку Крукса. На аноде при начале процесса свободные электроны отсутствуют в связи с разделением зарядов. Имеется практически сплошное сосредоточение положительных зарядов как на поверхности, так и в непосредственной объемной части проводника в виде ионов. Концентрация отрицательных зарядов должна наблюдаться где-то внутри батареи. А по сему, процесс нарастания тока должен занять длительное время. Так как скорость перемещения зарядов по проводнику в электрическом поле исчисляется в сантиметрах/сек по теории свободных электронов.

Это обуславливает значительную инерционность включения и выхода на рабочий режим. Однако на практике этого не происходит, трубка включается почти мгновенно. Также практически мгновенно включается и Фотоэлемент. Отсутствие инерционности.

То есть, имеем второе противоречие уже от электростатики.

Далее рассмотрение самого излучения падающего на катод уже не имеет значения. Процесс фотоэффекта не может быть описан такими методами.

Теперь рассмотрим работу при запирающем напряжении.

Электрону при запирающем напряжении нет необходимости делать работу выхода из катода в вакуум, и далее к аноду.

По классике перемена полярности электрического поля в данном случае должна ускорять электрон в другую сторону. То есть импульс фотона надо складывать с импульсом свободного электрона находящимся на поверхности катода, и этот электрон поступательно под действием поля просто обязан двигаться от катода к источнику питания, а не к аноду, через вакуум. У Эйнштейна все шиворот навыворот. Он присвоил катоду положительный потенциал. Окружил его анодом, а точнее проводником без потенциала и обозвал телами с нулевым потенциалом, то есть фактически оборвал всю цепь, и опять нарисовал ту же формулу с работой выхода заменив кинетическую энергию на потенциал (а не разность потенциалов) помноженный на заряд.

eП=hn-Р

то есть, либо слукавил, либо вообще не понял существа процесса.

В нынешнем понимании формула должна выглядеть так:

eф= hn-А

ф- потенциал, е – заряд электрона

а теперь пишут вместо потенциала, подставляя разницу потенциалов.

eUз= hn-А

но в случае с потенциалом это не работа,

а в случае с разницей потенциалов это работа.

Хотя единицы измерения одинаковы.

В первом случае цепь просто разомкнута, отключен анод.

Во втором на аноде потенциал отрицательный и цепь замкнута.

но Эйнштейн записал для второго случая еще хитрее:

ПЕ= hn-Р*

Где Е это уже заряд грамм эквивалента однозарядных(положительных!!!) ионов на катоде, не электронов, поскольку их там нет. Вышибать то нечего.!!!!!

Ох лукавит!!!!!

П - это все тот же положительный потенциал на катоде( размерность энергии сохраняется), а Р* - это уже потенциал количества отрицательного электричества на аноде, а не работа вроде, но буква то та же самая, вводящая в заблуждение…

Так что же на самом деле этот потенциал количества????

Да зубы заговаривает!!!!! Это все тот же Пе с сохранением размерности Вольт Кулон вместо работы выхода, отнятый от энергии фотона. Короче, это работа выхода, но не с катода, а с АНОДА!!!!????????

В общем нашли дыру. Дальше можно не продолжать!!!!

Мало того, что он не разобрался, напортачил с электростатикой, но и явным образом смухлевал как в игре с наперстком.

Ко всему прочему Эйнштейн делает уж более чем явное упрощение, считая, что квант света с ядром атома вообще не взаимодействует, а избирательно работает только с поверхностным, «свободным» электроном в единственном числе. И почему-то пресловутая работа выхода направлена прочь от давления света в учет вообще не принимаемого. То есть квант-фотон, имеющий импульс p=hn/c полностью передает его, движущемуся под действием электрического поля навстречу фотону свободному электрону, и пытающимся только выйти из тела (но энергии не хватает), даже не тормозит электрон, а добавляет прыти, и даже не заставляет самого излучать?????

Кстати эффект Комптона как продолжение фотоэффекта при больших энергиях излучения, для покоящегося электрона заставляет фотон упруго рассеиваться вперед. А почему собственно только при больших энергиях, да в угоду принятого Эйнштейновского фотоэффекта.

Что получается, энергия фотона полностью поглощается, излучения не происходит, а электрон вроде как отталкиваетя от тела, совершает работу выхода и летит в направлении противоположном направлению полученного импульса.

Не ладно все это и с этой точки зрения.

Начнем с объяснения опыта с зарядом цинковой пластины и электрометром. Здесь налицо факт сообщения пластине отрицательного заряда. Но что за потенциал мы передаем ей? Это потенциал больший, чем потенциал окружающей среды – воздуха. Разница потенциалов!!!!! Отдельно потенциал рассматривать невозможно. Даже в упрощенном виде. Математическая уловка с бесконечностью при определении понятия отдельного потенциала дорогого стоит. Работа по удалению заряда в бесконечность тоже равна бесконечности. Эта проблема электростатики и есть то самое изначально гнилое бревно в ее срубе и в здании всей электродинамики.

Если бы он был меньше, то никаким внешним излучением его бы не удалось сбросить, а только увеличить. Ибо, рассматривая это дело с энергетической точки зрения никаким внешним излучением не добиться уменьшения энергетики пластины, можно получить лишь ее увеличение. Посему и сброс отрицательного заряда не что иное, как уменьшение потенциала. Разницы потенциалов между средой и телом. Т о есть увеличение проводимости среды между дугой и пластиной, иначе ионизация.

Почему после появления внешнего источника излучения потенциал пластины не становится так сказать положительным? Все очень просто. Если в электрометре мы замечаем отклонение стрелки, это означает не просто наличие потенциала, а наличие очень большого потенциала. Порядка нескольких тысяч, а то и больше вольт, и это можно зафиксировать приборами при разряде.

От двенадцативольтового аккумулятора электрометр даже не колыхнется.

Такого большого потенциала не сообщается пластине при облучении внешним источником излучения – дуговым разрядом без предварительной электризации. Тут порядок исчисляется в вольтах, если не в его долях. Естественно электрометр не сможет дать показаний, слишком груб для этого. Вообще статическое электричество это электричество больших потенциалов. А тут величины слишком малы. То есть мы и получаем, что, пытаясь заряжать положительным статически слишком малым потенциалом пластину, кажущееся отсутствие эффекта, об этом упоминал Столетов. И использовал не 12 вольт а 200.

Он отмечал, что и положительно заряженный электрометр показывает увеличение заряда при облучении дугой. Надо только интенсивность увеличить.

К тому же внешнее излучение одинаково действует и на пластину и на внешнюю окружающую среду – воздух, и не является строго направленным и сконцентрированным только на площади пластины. Но повышение потенциала можно зарегистрировать обычным тестером, заземлив пластину, и проведенный опыт показывает небольшое увеличение напряжение с листом оцинкованного кровельного железа, выставленным просто на солнце. Естественно лист заземлен, а включенный цифровой тестер живо отвечает реакцией на изменение освещенности.

Это и был собственно опыт Гальвакса.

Перейдем к опытам Столетова 1888-1890 (7). Здесь уже не сообщается большого заряда цинковой пластине. Потенциал берется от достаточно слабого источника питания и составлял в процессе экспериментов от долей вольта до пары сотен вольт и промежутком до десяти сантиметров между электродами.

И что происходит при внешнем облучении светом электрической дуги. Поскольку на его пути стоит сетчатый электрод, то он, частично поглощая внешнее излучение, все же большую часть пропускает. Основную часть принимает на себя цинковая пластина. Часть поглощает, а часть отражает. Причем отраженное излучение частично падает на сетку встречным основному излучению потоком. Остальное рассеивается. Ни о каких-либо электронах и речи быть не может. Все опыты ставились на воздухе и сильная ионизация воздуха невозможна. Но все таки условие для возникновения тихого разряда имеется. Что с успехом потом подтвердил Леннард, понизив давление уже в лампе.

Исходя только из логики площадь пластины больше чем площадь поглощающей поверхности сетки, следовательно, и поглощать она должна больше. Есть небольшое но. Сетка облучается с двух сторон – прямым и обратным светом. То есть, если она достаточна частая и провода круглые, то эффективную площадь облучаемой поверхности можно сравнить с площадью пластины. Поскольку облучение на самом деле с двух сторон. Следовательно эффект усиливается по сравнению с односторонним облучением только плостины с отражением на сетку.

Столетов повторил опыт Гальфакса, сильно видоизменив его, и зарегистрировал естественное увеличение потенциала сетки на несколько вольт, независимо от материала сетки. При этом электрическая цепь по жизни разомкнута, поскольку имеется воздушный промежуток.

Это ж какое напряжение надо иметь, чтобы пробить этот воздушный промежуток между пластиной и сеткой??? Да хоть миллиметр!!! А пробой сопровождается искрой, свечением - явной видимой ионизацией воздуха.

Пьезоэлементу в зажигалке не всегда удается. А там не одна тысяча вольт.

Еще пример с простейшей катушкой тесла на 350 вольт в первичной обмотке и отношением витков 6:880. она дает искру длиной 3 см при напряжении на вторичной обмотке 51 киловольт.

А раз цепь разомкнута фактически и ток течет от сетки к положительному зажиму батареи. И ток этот создан именно излучением от электрической дуги отраженным от пластины. Не «свободными» электронами летящими через воздух.

Преодолеть десять сантиметров при напряжении всего в двести вольт между пластиной и сеткой условие даже для тихого разряда невыполнимое.!!!!

Создается только видимость сквозного прямого тока через конденсатор Столетова.

Остается выяснить что происходит во второй половине цепи между отрицательным зажимом батареи и пластиной.

Все же малую часть излучения пластина поглощает, следовательно, не на много, но все же повышается разность потенциалов как между клеммой батареи и пластиной, так и между пластиной и средой. То есть имеются условия для стекания малого по величине тока в среду, но никак не впрямую на сетку.

А зачем вообще нужен отрицательный потенциал? Да вообще только для инициации процесса. Когда происходит перемена полярности подключения, ток должен идти в обратную сторону, если б не воздушный промежуток. Поглощение части излучения, плюс электрическое поле. Возможно и идет маленький, да кто проверял?

Столетов увеличивал заряд положительно заряженной пластины и в опыте с электрометром.

Об этом сегодня не упоминается, то есть вообще без отрицательного катода обойтись можно, а след-но и от пресловутой работы выхода электрона избавиться чисто технически.

Именно на этом и основано применение фотоэлементов в качестве зарядного устройства.

Рассмотрим опыт Ленарда.

Напомним, что Ленард долгое время работал с катодными трубками.

Именно за эксперименты с катодными лучами и трубкой Крукса на протяжении 26 лет уже в 1905 году он получил Нобелевскую премию. В причинах фотоэффекта не разобрался, а какой то выскочка чиновник от науки в свободное от работы время все понял.

Облучение катода в вакуумной лампе. Некоторое отличие от опыта Столетова. Дело в том, что в баллоне создано разрежение достаточно высокого порядка. Это уже сегодня известно, что в разреженной атмосфере возникновению электрического тока почти ничего не препятствует, тогда нет.

Проникающее в баллон и видимое и ультрафиолетовое излучение через кварцевое окошко увеличивает проводимость разреженного газа и возникает электрический ток. Своего рода «тихий» разряд. «Ионизация» внешним источником.

А отраженное от катода излучение только увеличивает интенсивность этого тока.

Теперь посмотрим на ВАХ фотоэлемента и диода на рис.5

Повторим, что они одинаковы, и на обоих присутствует хвостик запирающего напряжения.

По официальной версии в первом случае электроны вышибаются из катода внешним облучением света, во втором электроны вылетают под действием либо косвенного внешнего нагрева катода, либо нагрева непосредственного под действием протекающего по катоду тока. В обоих случаях необходимо наличие достаточной разницы потенциалов между катодом и анодом для появления прямого тока. Чем больше нагрев, тем при меньшей разнице потенциалов наступает насыщение. И, наоборот, при отсутствии нагрева необходима очень большая разница потенциалов.

Еще можно добавить, что возможна и комбинация внешнего облучения светом с подогревом катода. То есть можно сделать процесс управляемым извне. Но это к слову.

Рассмотрим диод.

А что такое косвенный подогрев, как не аналог облучения инфракрасным и видимым излучением. Уж тут то никак не прицепишь к делу электроны, вылетающие из нити накала к катоду. Косвенный подогрев не подразумевает разницы потенциалов между нитью накала и катодом. Цепь накала может быть вообще автономной. Как такового тока между ними нет.

При непосредственном нагреве катода током ситуация та же. Катод не только начинает нагреваться, но и излучать. Причем в обоих способах и излучение явно не только инфракрасное. Рабочая температура например, вольфрамового катода лежит в пределах от 2300°К до 2700°К. При такой температуре накала вольфрама излучение характеризуется ослепительно белым цветом. Разница в материалах дает только изменение спектрального состава видимого света. От красного до синего и даже фиолетового. Причем наличие УФ-излучения и не проверялось никем. Есть предположение о его обязательном присутствии.

И этим комплесным излучением не просто подогревается, а облучается пассивный катод, или излучает это свечение сам при непосредственном нагреве током!!!!!. Пассивный катод нагревается меньше и дает возможность использовать на нем другие материалы, например окисные пленки. Что в свою очередь изменяет частотные характеристики излучения.

Многие могут сказать, что более правильной ВАХ электровакуумного диода будет следующая:

То есть, в стандартном электровакуумном диоде явной инерционности нет.

Отметим, что хвостик на представленной первой характеристике диода присутствует при смене знака напряжения.

Действительно, для практического применения величина этого тока не имеет значения, настолько он мал. И все это правильно, если не учитывать того, что катод подогрет и продолжает излучать не только при выключении анода, а и при смене потенциала и роста его до некоторого порогового значения.

А это означает, что излучение анода достигает катода (все наоборот!) и поглощается им, поскольку наблюдается ток. Факт этого тока и есть истинное проявление фотоэффекта. Такое поглощение энергии не может быть объяснено полетом электронов, поскольку если они и были внутри объема баллона лампы при нулевом потенциале, то летевшие по инерции быстро бы поглотились анодом, а если нет, то при росте запирающего напряжения, затормозились и полетели бы обратно. Причем вторичная эмиссия попросту невозможна.

Таким образом, электроны не могут служить в этом случае причиной тока в анодной цепи. Уменьшение температуры подогрева катода, аналогично уменьшению интенсивности излучения, а также происходит изменение спектральных его характеристик.

Что получается, разница потенциалов является необходимым условием для поддержания тока, а подогрев катода определяет величину тока насыщения.

Смена материала катода. Всем известна отражающая способность металлов.

калийлитийнатрийрубидийцезий

Утверждается, что она доходит до 99% особенно у щелочноземельных в инфракрасной и видимой части спектра.

Сравним с представленным

http://www.physbook.ru/images/9/9f/Fot_7.swf

оказывается цезий не поглощает в ультрафиолетовой области в основном.

из представленных спектральных линий поглощения и излучения данных металлов видно, что именно в видимой и инфракрасной области лежат их основные полосы. То есть интенсивного поглощения ультрафиолета у щелочных металлов ожидать не приходится.

И к примеру возьмем золото.

Напомним что ультрафиолетовая граница лежит в полосе меньшей 400 нм.

А ультрафиолетовую часть спектра щелочные металлы даже менее поглощают чем другие металлы.

Обнаружен эффект Вудом (WOOD)? Скорее Ленардом. Объяснение с позиции электронной теории прозрачность в ультрафиолетовом диапазоне попытался дать Зенер (Zener). Но введение так называемой плазменной частоты не дает понимания на атомном уровне как происходит преобразование энергии света в накопление потенциала и появление электрического тока. К тому же еще интенсивное поглощение ультрафиолетовой части спектра свойственно в основном как раз не щелочным, а практически всем остальным металлам. Например, экспериментально это подтверждено для цинка в самых первых опытах по фотоэффекту именно Столетовым.

цинкмедьникель

То есть прямой ток при запирающем напряжении можно объяснить не ультрафиолетовой поглощаемой катодом частью спектра, а отраженной им и поглощенной анодом. Следовательно, именно отражающее свойство катода и обеспечивает ту самую красную границу фотоэффекта. Материал анода (медь например или вольфрам) при этом поглощает именно до этой красной границы, от чего и зависит ток. Поглощение ультрафиолетовой части спектра катодом не может скомпенсировать напряжения от отрицательного зажима батареи. Поэтому ток, как и положено, идет в прямом направлении, но при отключении плюса от анода ток продолжает идти. Это говорит о том, что никакие электроны не выбиваются из катода, и реально происходит отражение света и частичное (из-за рассеяния) поглощение его анодом по полной программе на всей возможной ширине спектра для данного материала. То есть нет поглощения ультрафиолета катодом и нет основания для так назаваемого выбивания электронов. И это еще раз заставляет думать, действительно ли электроны ответственны за передачу электрического тока. Запирающее напряжение действительно зависит от частоты падающего света, поскольку, чем больше сдвиг в ультрафиолетовую область, тем больше поглощение света катодом. Анодный ток уменьшается. Но фотоэффект сразу не прекращается. Все это может говорить о возникновении обратного тока в катодной цепи!!! Такое возможно при более интенсивном поглощение катодом падающего излучения, лишь бы материал позволял. Тогда потенциал на катоде может превысить потенциал на батарее, пойдет ток.

и …. добавление к тангенсу угла наклона ...от Эйнштейна.

На самом деле график отражает лишь усредненную (проводилось множество опытов) тенденцию зависимости максимального обратного тока от вида материала катода. и констатирует зависимость напряжения в цепи от частоты падающего на катод света.

то есть иными словами при сваливании в ультрафиолетовую область все большую роль начинает играть способность катода поглощать красную область видимого света. а это и есть красная граница фотоэффекта.

то есть материал катода должен отражать коротковолновую УФ составляющую, а поглощать видимую. в то время как анод должен брать все что отразит катод.

так и получается если сравнить основные спектры щелочных металлов (а именно их соединения используются для катодов) и спектры металлов типа золото, никель,цинк медь.вольфрам

то есть по эйнштейну ничего не выходит даже на практике, поскольку линии спектра поглощения в УФ у материалов катода находятся в очень малом количестве.

В самой работе данной формулы нет. Кто этим занялся непонятно.

Для конкретного материала эта тангенциальная зависимость не установлена, поскольку у каждого вещества свой единственный и неповторимый спектр поглощения. То есть зависимость не линейная.

А Угол наклона, да и сама функция являются подогнанными под желаемый результат.

Часто приводятся эти другие способы фальсификации подтверждения значения постоянной Планка, не сделанные самим Эйнштейном опыты, а чистого вида генерация опытов в собственной голове.

Пункт: Методы измерения

http://ru.wikipedia.org/wiki/Квант_действия

Какая может быть совершена работа, если запирающее напряжение полностью прекращает действие эффекта. «Сначала катод фотоэлемента облучают монохроматическим светом с частотой v, при этом на фотоэлемент подают запирающее напряжение, так, чтобы ток через фотоэлемент прекратился». комментарий излишен. Но формулу для работы пишем как будто она была. Сами ввели и сами же и убрали.

Выводы:

Нет никакой работы выхода. Неправота Эйнштейна вылилась боком современной физике и привела к созданию величественной пирамиды квантовой механики. Последствия налицо. Ну, а нобелевская на совести горе ученых и членов нобелевского комитета.

В разделе о природе электрического тока мы уже определились, что он вызван не перемещением свободных электронов. Это свет и для каждого материала существуют свои частоты-энергии, скорости, степени поглощаемости и излучаемости и что пропускает фундаментальная наука - отражаемости, не принятой оптической, а действительной, на атомном уровне. Обнаруживаемое свойство поглощать излучение света различной частоты различными материалами только плюс в копилку доказательств об отсутствии электронов как носителей тока. Все вещества в той или иной степени прозрачны для определенных частот - энергий излучения.

Большое сомнение вызывает и так называемая волновая природа света, теоретически сведенная к синусоидальному фазовому перемещению носителей – фотонов. К примеру, о каком волновом механизме может идти речь хотя бы при излучении света лазером. Налицо потоковый вид излучения. почему потоковый? Слишком уж близок эффект возникающий при излучении импульсного лазера и пьезоэффект, вся разница в том что в пьезокристалле поток энергии (разность потенциалов) возникает при обычной механической деформации и появления тока только при контакте с проводником (проводящей средой). Тут и не надо электрического поля. Излучение производимое кристаллом и есть электрический ток!!! Напряжения при пьезоэффекте аномально большие по сравнению с обычными источниками тока. То есть появляется критическая разность потенциалов позволяющая пробить окружающую среду и есть тот самый эффект срабатывания, эффект обычного электрического разряда – молнии, то есть в конечном итоге механика производит накачку (изначально трение различных сред либо деформация).

Генерация излучения в лазере то же самое. С некоторыми уловками чисто технического плана с зеркалами. Своего рода колебательная система.

Для аналога непрерывного лазера этот же эффект проявляется в электретах и обычных магнитах, где просто материал прозрачен для двух различных излучений, магнитного и электрического. Явление механической накачки – генерация излучения явно прослеживается при кавитации, когда при сильном и быстром росте давления и температуры в вскипающих пузырьках жидкости наблюдается несомненное свечение.

Теперь посмотрим на схему фотоэлемента по новому:

Излучение от источника света (дуги), падая на катод (излучатель) не поглощается целиком, а в большей степени отражается.

Поглощается только та часть излучения от дуги, которая обеспечивается совпадением спектра ее излучения и спектра поглощения материала катода. Все остальное Отражается в соответствии с законами оптики. Для цезиевого катода и любого другого из щелочных металлов, да и металлов вообще коэффициент отражения в видимой части спектра почти 99%, следовательно, основная энергия должна бы поглощается катодом из ультрафиолетовой части, но даже и этого на самом деле не происходит так как щелочные металлы как раз и не поглощают в этой области. Из оптики известно, что металлические покрытия, особенно пленочные, имеют максимальный коэффициент отражения. Короче, это просто зеркала как для видимой и инфракрасной части спектра, так и частично для ультрафиолетовой части спектра. Все зависит от материала. Форма катода в виде сферы, внутри которой в фокусе находится анод (поглощающий электрод), усиливает, фокусирует некоторую часть, весьма не полно, отраженного ультрафиолетового излучения и уже почти стопроцентно отражает и фокусирует весь видимый спектр излучения. Но это уже конструкторская доработка. Поскольку излучение идет под углом, то и большая часть отраженного света падает не на принимающий электрод а рассеивается. Что происходит дальше. До включения источника излучения никакого тока не возникает. Вся схема является обычным диодом без подогрева катода и внешнего ионизатора. Не работает, если их нет или напряжение мало. После включения внешнего источника излучения часть энергии естественно поглощается катодом, большая часть ввиду неточной фокусировки просто пропадает, и малая часть поглощается анодом. В электровакуумном диоде несколько другая ситуация, там только при нагреве катода возникает ток, что говорит о возникновении излучения необходимой частоты для его поглощения анодом и что еще раз подтверждает гипотезу о природе электрического тока как излучения.

В опытах зафиксированы очень малые анодные токи. Из каких материалов делался анод, не знаю, но навряд ли из того же цезия, лития, натрия, рубидия.

В этом основная причина малой эффективности фотоэлементов. Никто и не предполагал отражения от катода, все объяснялось какой-то фотоэлектронной эмиссией и работой выхода электрона, придуманной, если не за уши притянутой Эйнштейном.

А делать надо все с точностью до наоборот. Катод из очень хорошо отражающего металла или сплава (возможно окиси). А анод из хорошо поглощающего ультрафиолетовое и даже «краснограничного» материала.

И облучать получается в основном анод надо, а не катод. Плюс ко всему, чем грубее будет покрытие анода, тем эффективней будет работать фотоэлемент. Анодный ток резко возрастет и батарею можно поставить другими полюсами на зарядку, или выключить и подключить нагрузку. Думается энергии хватит, чтобы и 40 ваттную лампу зажечь.

Поглощение электроном энергии излучения = фотона невероятное событие.

Тем боле двух одновременно, например, от лазерного излучения. Во–первых, если электрон есть, то попасть в него избирательно ну мало вероятная вещь. Опять же электропроводность бы зависела напрямую от количества электронов в металлах и конкретно от числа якобы свободных электронов, черпаемых из внешней электронной оболочки..

Основная часть излучения все равно падает на ядерную часть, поскольку она несоизмеримо больше и излучения должна производить именно она, а не электрон – шибздик. О каком электроне может идти речь, с каких шишей он получит энергию, если в него не попали, только от нагревания излучением катода, а оно при ультрафиолете мало, да и форма катода способствует. А нагрева то заметного и не происходит. Теоретически можно посчитать вероятность попадания фотона в электрон, как быть в этом случае с литием, у которого их всего три. но ведь если промазал, фотон дальше летит в глубь металла и атомы должны менять свой энергетический уровень, и куда-то девать полученную энергию. Она то и девается в виде появления потенциала и возникновения излучения и не в вакуум, а по проводнику. В вакуум сложнее.

При смене полярности Происходит заряд батареи, а не разряд!

Опять же, в опыте Гальвакса батареи и не было совсем!

Там излучением снимался заряд пластины из цинка, а точнее потенциал сообщенный (отнятый у нее), сильно отличный от потенциала окружающей среды, воздуха, а дальше, поскольку потенциал окружающей среды – воздуха становился равным потенциалу пластины, все излучении работало вхолостую и все в воздух и уходило.

В опыте Столетова ток из-за сетки на пути излучения даже был больше чем в конструкции фотоэлемента, как ни парадоксально, за счет «плохой» конструкции.

А в фотоэлементах конструкция обеспечивает фокусировку отраженного света на аноде, на который практически не падает прямое излучение. Поэтому и токи не велики. А вот если конкретный свет прямо и на анод подавать да еще и сфокусировано то эффект получит максимальный выход.

К тому же, благодаря опытам Лебедева установлено, что свет оказывает на вещество механическое давление, то есть заставляет перемещаться молекулы и атомы любого материала. Было бы проблематично заявить, что существуют материалы абсолютно прозрачные для света любой энергии (излучения). Свет имеет разную как принято считать частоту – а если точнее то энергию излучения. Лебедев в своих опытах с давлением света исследовал только видимую часть спектра, не исследовал ультрафиолетовую часть диапазона и начисто почти исключил инфракрасное тепловое воздействие и совершенно напрасно. Свет оказывает давление во всем бесконечном диапазоне излучения, и следовательно данные о силе воздействия света сильно занижены. По крайней мере, на несколько порядков.

двенадцать тезисов Столетова 1888 г:

«1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд. Смотря по тому, пополняется ли заряд и насколько быстро, это удаление заряда может сопровождаться заметным падением потенциала или нет.

Не уносит. Нельзя просто так излучением унести внутреннюю энергию. Можно ее лишь увеличить.

Наличие уже высокого потенциала + еще больший потенциал приобретенный от внешнего в основном Уф излучения увеличивают проводимость воздуха именно возле пластины (по старому ионизирует). Отдельно Уф облучение настолько увеличить электропроводность воздуха не может. Если бы это происходило, то до пластины излучение попросту бы не дошло.

2. Это действие лучей есть строго униполярное; положительный заряд лучами не уносится.

Цинковая пластинка, соединенная с электродами и заряженная отрицательно, освещенная ультрафиолетовым светом, скоро разряжает электроскоп, та же пластинка, заряженная положительно сохраняет свой заряд, не смотря на освещение. При тщательном наблюдении электроскопом большой чувствительности можно заметить, что незаряженная пластинка под действием освещения заряжается положительно. Вот оно, малое увеличение потенциала!

Заряд «положителен» не в силу названия, а в силу меньшего значения относительно «отрицательного», и большего по отношению к среде. Для меньшего потенциала (положительного) и энергия внешнего излучения должна быть больше. То есть освещенное нейтральное тело все-таки приобретает потенциал и именно этой разницы как раз и не хватает для ионизации.

3. По всей вероятности, кажущееся заряжение нейтральных тел лучами объясняется той же причиной.

Не кажущееся, а действительное, но малое. И это малое составляет не много не мало не вольты, а тысячи вольт.

4. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ < 29510^–6 м/м). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.

Отсюда вытекает: происходит интенсивное поглощение излучения данной энергии, а это ультрафиолет, значит, данный материал для него достаточно прозрачен. То есть и энергия не отражается, а передается дальше. А это в свою очередь подмачивает вышибание частиц из поверхностных атомов материала. Скорее отражается свет(излучение) в других диапазонах спектра.

5. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела. Чем больше поглощение активных лучей, тем поверхность чувствительнее к их разряжающему действию.

Вот и вытекающее из пункта два следствие. При прочих равных условиях. С точностью до наоборот. Чувствительность к излучению данной энергии в данных условиях (без нагрева и других воздействий) уже наэлектризованного материала определяет степень поглощения. Недостаточность наэлектризованности (недостаток внутренней электрической энергии не позволяет материалу (атомам) перейти в соответствующее состояние без усиления внешних воздействий. Или нагревать надо, либо облучать интенсивней. При этом сам материал воздействует электрически на окружающую среду, он излучает!!!

6. Такой чувствительностью, без значительных различий, обладают все металлы, но особенно высока она у некоторых красящих веществ (анилиновых красок). Вода, хорошо пропускающая активные лучи, лишена чувствительности.

Анилин не проводник, цвет преимущественно красный.

Анилин черный состав неизвестен.

Широкий спектр поглощения видимого света.

Как выяснилось позже, металлы щелочной группы отнюдь не прекрасные проводники именно ультрафиолета.

7. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причём между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.

Ну тут и так все ясно –тихий разряд.

8. Разряжающее действие ceteris paribus (лат. – при прочих равных условиях) пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.

Если энергии не хватает, листочки не опустятся.

9. Действие обнаруживается даже при ничтожных отрицательных плотностях заряда; величина его зависит от этой плотности; с возрастанием плотности до некоторого предела оно растёт быстрее, чем плотность, а потом медленнее и медленнее.

Насыщение и есть усталость. А плотность заряда не есть плотность энергии.

10. Две пластинки разнородных в ряду Вольты металлов, помещённые в воздухе, представляют род гальванического элемента, как скоро электроотрицательная пластинка освещена активными лучами.

Растет при облучении интенсивность обмена из-за увеличения потенциала (энергии) облучаемой пластины.

Аналогично и односторонний нагрев. Эффект Пельтье.

11. Каков бы ни был механизм актино-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества, причём воздух (сам ли по себе или благодаря присутствию в нём посторонних частиц) играет роль дурного проводника. Кажущееся сопротивление этому току не подчиняется закону Ома, но в определённых условиях имеет определённую величину.

Не я назвал этот поток энергии «током электричества»

12. Актино-электрическое действие усиливается с повышением температуры».

Это тоже излучение и оно влияет на характеристики поглощения, а так же и отражения. Можно и сам катод еще подогреть, который в лампе Леннарда.

В качестве одного из самых удачных покрытий катодов фотоэлементов является сурьмяно-цезивое.

сурьмацезийникельуглерод

То есть часть ультрафиолета и видимого света должна поглощаться именно катодом и еще более увеличивать потенциал относительно анода.

Таким образом эффективность действия запирающего напряжения повышается за счет поглощения катодом УФ состовляющей. А прямой фототок велик и без этого, поскольку анод в фотоэлементе как правило никелевый. И спектр поглощения его наиболее близок к спектру угольной дуги.

Теперь, о щелочных и щелочноземельных металлах, используемых в качестве составных частей катодов электронных ламп.

Как правило шелочные оксиды не эффективны из-за низкой рабочей температуры.

В низкотемпературном О. к. активный слои состоит из соединении ВаО и SrO (двойная смесь) или BaO, SrO и СаО (тройная смесь) и содержит в активиров. состоянии избыток атомов Ва. Наиболее высокой эмиссионной способностью обладают О к., покрытие к-рых выполнено на основе твёрдого раствора ВаО, SrO, СаО в соотношении 47:43 10 (молекулярные проценты). О. к. был предложен нем. физиком А. Веиельтом в 1903. К нач. 90-х гг. О. к. —- самый распространённый тип термоэлектронного катода для ЭВП. Такие катоды применяют в приёмно-усилит. ламлах, генераторных и модуляторных лампах, электронно-лучевых, газоразрядных и электровакуумных СВЧ приборах

барий стронцийкислородкальций

Как видно из представленных спектров, они практически охватывают весь диапазон от ИК, видимого и уФ излучения.

Здесь приведены линии спектров полученные стандартным образом. В газообразном состоянии от дуги. Современная спектрометрия не занимается серьезно спектральным анализом твердых материалов при различной температуре и давлении. И это является серьезным упущением.

примесный фотоэффект

Внутренний фотоэффект в примесном полупроводнике. Важной особенностью полупроводников является способность увеличивать электропроводность под действием света. Это явление получило название внутреннего фотоэффекта или фотопроводимости.

Дальше стандарт.

Внутренний фотоэффект заключается в том, что под действием света происходит перераспределение электронов по энергетическим уровням. Носители тока, возникшие в результате освещения, называются неравновесными или избыточными. Увеличение числа свободных носителей заряда приводит к уменьшению сопротивления полупроводника.

Внутренний фотоэффект был обнаружен американским физиком У. Смитом в 1873 г. Схема опыта изображена на рис. 1.

Рис. 1

Фототок, возникающий при освещении исследуемого полупроводника (1) светом определенной частоты, регистрируется гальванометром (2).

На рис. 2 и 3 приведены энергетические схемы переходов в примесных полупроводниках. ( - электроны, - дырки). Донорный полупроводник

Рис. 2

Aкцепторный полупроводник

Рис. 3

В примесном полупроводнике под действием света с энергией кванта, превышающей энергию активации примеси DE_а, электроны могут переходить с донорных уровней примеси в зону проводимости (рис. 2) или из валентной зоны на акцепторные уровни примеси (рис. 3). В первом случае возникает электронная проводимость, во втором - дырочная.

Кванты света с энергией меньшей, чем энергия активации примеси, не поглощаются электроном, поэтому существует некоторое граничное значение частоты w_b, при которой начинает наблюдаться внутренний фотоэффект в примесных полупроводниках. Граничное значение частоты фотона в этом случае определяется выражением:

Если энергия фотона становится равной ширине запрещенной зоны DE_g (), электроны будут переходить из валентной зоны в зону проводимости. В этом случае возникнет увеличение фототока за счет собственной проводимости полупроводника.

Носители тока, имеющиеся в полупроводнике в отсутствие освещения, или в случае, когда энергия фотонов недостаточна, чтобы вызвать перераспределение электронов по энергиям, называются равновесными, а электропроводность - темновой.

Темп оптической генерации g, т.е. число неравновесных (избыточных) носителей заряда, образующихся в единице объема в единицу времени при освещении полупроводника, можно представить в виде:

g = haJ,

где h - квантовый выход внутреннего фотоэффекта, равен отношению числа образующихся носителей к общему числу поглощенных фотонов;

a - коэффициент поглощения света;

J - монохроматический световой поток, рассчитанный на единицу поверхности полупроводника и определяемый числом фотонов, проходящих через единицу поверхности в единицу времени (будем считать что J - константа (слабо поглощаемый свет) и темп генерации одинаков по всему объему полупроводника).

В стационарном состоянии электропроводность при освещении ds_s определяется формулой:

ds_s= e(m_p+m_n)gt,

где t - время жизни неравновесных носителей заряда (время релаксации);

m_pи m_n - подвижности дырок и электронов.

Для примесной оптической генерации и, соответственно, примесной фотопроводимости происходит увеличение концентрации только одного вида носителей заряда, и фотопроводимость оказывается монополярной. Это справедливо и для акцепторных, и для донорных примесей. Так, например, для донорного полупроводника ds_s=em_ngt,или ds_s=em_nDn, где Dn - концентрация избыточных неравновесных носителей заряда, возникших при освещении примесного полупроводника. При увеличении фотопроводимости сопротивление полупроводника падает, а фототок возрастает, что и фиксируется гальванометром (см. рис. 1).

Для простейшего наблюдения примесного фотоэффекта достаточно измерить тестером сопротивление стандартного фоторезистора и убедиться, что при освещении естественным светом оно уменьшается.

Полупроводниковые фоторезисторы (фотосопротивления) - полупроводниковые приборы, проводимость которых меняется под действием света.

Автоматика, фотометрия, оптическая спектроскопия.

Тут как не крути, никаких электронов и дырок нет и быть не может. Нет перемещения энергии в обе стороны. Следовательно, и одновременного движения электронов с дырками нет. По крайней мере, сама энергия переносится в одну сторону. Об этом говорит задаваемое источником направление тока. При перемене полярности не происходит запирания тока.

Для фоторезисторов в зависимости от интенсивности облучения меняется энергетика атомов, меняется спектр поглощения и материал переходит в состояние улучшенного поглощения, по-простому уменьшается сопротивление. Собственно, появляюшийся фототок зависит от структуры материала и перекрытия линий спектра атомов если химический состав из нескольких веществ, их уширения в результате изменения температуры. Данный эффект наблюдается не только у полупроводников. Его действие аналогично обычному фотоэффекту с той лишь разницей, что в данном случае подбор материала позволяет получить эффект от видимого света и излучения не только ультрафиолета но и в инфракрасной области. Все дело в материале, структуре и подборе композиции. По сути дела это не отдельный эффект а одно из следствий внешнего фотоэффекта.

Дембера эффект

Возникновение электрического поля в однородном полупроводнике при его неравномерном освещении.

Эффектом Дембера называется возникновение фотоэдс между освещенной и неосвещенной частями поверхности однородной по всему объему полупроводниковой пластины при облучении ее светом, спектральный состав которого лежит в области собственного поглощения полупроводника

Количественной характеристикой эффекта является величина напряженности E_Dэлектрического поля в полупроводнике. Это поле возникает в результате облучения полупроводника, сильно поглощающего свет, через прозрачный электрод A, показанный на рис. 1.

Возникновение электростатического поля в полупроводнике при его пространственно-неоднородном освещении

Рис. 1

Под действием квантов света на поверхности проводника образуются избыточные электроны и дырки. Они, в свою очередь, диффундируют вглубь образца в положительном направлении оси y. Т. к. коэффициенты диффузии электронов D_E и дырок D_H различны, то в полупроводнике возникает электрическое поле, которое связано с градиентом концентрации фотоносителей. Эта связь описывается формулой:

где n₀ и p₀ - темновые концентрации электронов и дырок в полупроводнике.

Электрическое поле E_D замедляет наиболее подвижные носители (электроны) и ускоряет менее подвижные (дырки). В результате установления диффузно-дрейфового равновесия разделение зарядов прекращается, а между освещенными и затемненными участками возникает фотоэдс. Фотоэдс Дембера имеет максимальное значение, если характерная длина поглощения света в полупроводниках оказывается существенно меньше диффузионной длины носителей заряда. Эффект Дембера не имеет практического значения из-за малости фотоэдс и используется в основном для исследования полупроводников. Измерение фотоэдс между электродами на рис. 1 практически не возможно, т. к. доминирующий вклад в него вносит вентильная эдс на электроде A. Исключением является поперечная эдс Дембера в анизотропных кристаллах, которая создается электрическим полем , перпендикулярным градиенту концентрации. Она возникает, если образец вырезан под углом к кристаллографическим осям, и измеряется электродами, приложенными к противоположным боковым поверхностям образца полупроводника на рис. 1. В этом случае величина эдс равна .

Эффект открыл немецкий физик Х. Дембер (H. Dember) в 1931 г.

Простейшая техническая реализация эффекта Дембера состоит в измерении напряжения между омическими контактами А и В полупроводникового образца при его освещении в геометрии рис. 1.

Эффект Дембера не используется в технике. Он используется в исследованиях физических свойств полупроводников. Техническое приложение эффекта Дембера не реализовано в силу малости фотоэдс и невозможности его прямого измерения, т. к. его невозможно отделить от вентильной фотоэдс.

Эффект Дембера, только усиливающийся под действием света, аналог внешнего фотоэффекта. Именно он и демонстрирует достаточно наглядно эффект появление разницы потенциалов и возможность появления тока при освещении образца даже без источника питания. Модифицируется в кажущийся внутренний фотоэффект с подсоединением источника тока.

Чем эффект Дембера отличается от предыдущих эффектов. Тем, что как раз в основном материал закрыт, а открыто небольшое прозрачное для внешнего излучения окошко. Свет не проникает на всю глубину образца и создается параллельно свету разность потенциалов, которую преспокойно можно снимать, как при пьезоэффекте. И электрода нет. И собственно, пьезоэффект в широком смысле ответственен за возникновение всех эффектов связанных с облучением светом и любым другим электромагнитным излучением. Любое внешнее воздействие приводит к изменениям физического состояния атомов веществ. По квантовой теории это переходы с одного энергетического уровня на другой, причем изменения происходят нелинейно (существование как принято в современной физики потенциалов ионизации, опыты Франка-Герца)

Вообще сами эффекты фотопроводимости вчистую напоминают устройство электровакуумного триода, усилитель тока. Они и представляют собой триоды. Только роль управляющей сетки выполняет свет или магнит. Вольтамперная характеристика при этом ничем не отличается от обычной характеристики электровакуумной лампы. А катод выполняет роль задающего направление тока излучателя. Единственное, что его не надо подогревать.

Еще одно явление это термоэффект, изменение якобы проводимости или сопротивления при нагреве, термосопротивления. Кажется на первый взгляд этот эффект выходит за рамки фотоэффекта. Но на самом деле это не так. Инфракрасное излучение тоже свет. Нагревание проводника опять же фотоэффект, только преимущественно в инфракрасной полосе излучения.

Так что всякое применение теории электронно-дырочной проводимости ведет к огромнейшим заблуждениям. Весь ток в полупроводниках, и ток вообще есть не что иное, как излучение света в разных частях спектра.

Возникновение поперечного электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле. Эффект Холла.

Это одна из разновидностей фотоэффекта. С той лишь разницей, что вместо света используется другая разновидность электромагнитного излучения, называемая магнитным полем.

О давлении света и опытах Лебедева решено сделать отдельное сообщение. Это явление не так уж и просто, хотя и напрямую связано с фотоэффектом.

Литература.

1. Физическая энциклопедия.- М.: Советская энциклопедия, 1988.

2. Энциклопедический словарь. Электроника.- М.: Советская энциклопедия, 1991

3. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-.

4.Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.- М.: Наука, 1990.-

5. Физический энциклопедический словарь.- М., 1983.

6.Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.- М.: Наука, 1977.

7. А.Г. Столетов. Собрание сочинений. М. 1939.

Фатьянов А.В. 2005 – январь 2010

Капитальная редакция 3.07.2010

Fatyalink@mail.ru

Óматериал защищен, и копирование без ссылок на автора, а так же использование без ссылок материалов данной статьи будет преследоваться по закону.

В начало на лист изменений