Fotoelektriskais efekts

Fotoelektriskā efekta ilustrācija. Gaismas kvanti (sarkanā krāsā) apstaro metāla virsmu, kā rezultātā notiek elektronu emisija (zilā krāsā)

Fotoelektriskais efekts jeb fotoefekts ir elektromagnētiskā starojuma (gaismas) izraisīta elektriska parādība. Izšķir ārējo un iekšējo fotoelektrisko efektu.

Ārējais fotoelektriskais efekts

Ārējais fotoelektriskais efekts ir elektronu emisija no metāla vai tā savienojumu virsmas, ko izraisa elektromagnētiskā starojuma kvanti. Būtībā tā ir elektronu izraušana no vielas, kas atrodas cietā vai šķidrā agregātstāvoklī, ja vielu apstaro ar elektromagnētisko starojumu (elektronu izraušanu gaismas iedarbībā no atsevišķiem atomiem vai molekulām, kad viela atrodas gāzveida stāvoklī, sauc par fotojonizāciju).

Pirmoreiz ārējo fotoefektu 1887. gadā novēroja vācu fiziķis Heinrihs Hercs. Viņš ievēroja, ka elektrodus apgaismojot ar elektriskā loka starojumu, dzirkstele starp tiem pārlec, pastāvot mazākam spriegumam. Ja novieto starp loku un elektrodu dzirksteļspraugu stikla plāksnīti, efekts nav novērojams, tātad efektu rada elektriskā loka ultravioletais starojums, ko stikls aiztur.

Einšteina vienādojums fotoefektam

$h\nu =A_0+\frac{m{\upsilon }^2}{2}$ jeb $E=A_0+E_k$

$h$ ir Planka konstante ( 6,63⋅10⁻³⁴ J⋅s), $\nu$ ir gaismas viļņa frekvence (Hz), $A_0$ ir izejdarbs (J), m ir masa (viena elektrona masa jeb $m_e$ ir 9,1⋅10⁻³¹ kg), $\upsilon$ ir atbrīvotā elektrona ātrums (m/s); E ir kvanta (fotona) enerģija (J), $E_k$ ir atbrīvotā elektrona maksimālā kinētiskā enerģija (J)

Fotoefekta sarkanā robeža

Katram materiālam ir raksturīgs nemainīgs maksimālais viļņa garums jeb minimāli iespējamā viļņa frekvence, ar kuru var izraisīt fotoefektu. To sauc par fotoefekta sarkano robežu.

Lai notiktu fotoefekts, $E\ge A_0$

${\nu }_{min}=\frac{E_{min}}{h}$ jeb ${\lambda }_{max}=\frac{c}{{\nu }_{min}}=\frac{hc}{A_0}$

${\nu }_{min}$ ir minimālā viļņa frekvence (Hz), $E_{min}$ ir minimālā kvanta (fotona) enerģija (J), $h$ ir Planka konstante (J/s), ${\lambda }_{max}$ ir maksimālais viļņa garums (m), $c$ ir gaismas (jebkura EMV) ātrums (m/s), $A_0$ ir izejdarbs (J)

Iekšējais fotoelektriskais efekts

Iekšējais fotoelektriskais efekts ir elektrovadītspējas palielināšanās, apstarojot metālus ar elektromagnētisko starojumu. Tādā gadījumā elektroni starojuma iedarbībā zaudē tikai saiti ar "saviem" atomiem un molekulām. Šo parādību 1873. gadā atklāja amerikāņu fiziķis Villobijs Smits.