Fotoelektrický jev

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Fotoelektrický jev či fotoefekt je jev, který v roce 1887 poprvé popsal Heinrich Hertz. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického vlnění při dopadu na povrch kovu. Při ozáření vzorku spektrem vlnění byly pohlceny krátké vlnové délky a přitom delší vlny ve spektru zůstaly. Pro krátké vlnové délky došlo k emisi vodivostních elektronů z kovu. Počet těchto elektronů rostl s intenzitou vlnění. Jev byl ale pozorován jen pro krátké vlnové délky, pro velké délky vln jev nenastal při libovolné intenzitě.

[editovat] Kvantové vysvětlení

Podivné chování světla při interakci s vlněním vysvětlil až Einstein v roce 1905 s využitím poznatků právě se rodící kvantové teorie. Byla to především Planckem prezentovaná teorie, že elektromagnetické vlnění předává svou energii při interakcích s jinými částicemi nespojitě, po takzvaných kvantech. Velikost kvanta energie závisí na vlnové délce světla. Přitom platí E = hν = ℏω, kde h je Planckova konstanta, ν je frekvence světla (EM záření), ω je jeho kruhová frekvence a platí vztahy ω = 2 π ν, h= ℏ 2 π. Pro toto kvantum světla se vžil název foton.

Světlo tedy předává energii elektronům na povrchu zkoumané látky. Je-li vlnová délka světla dostatečně malá, aby frekvence ν a tedy i Energie (c=ν λ) mohla dosáhnout dostatečné hodnoty pro uvolnění elektronu z vazby v obalu atomu. Této energii se říká ionizační energie. Při velkých vlnových délkách (nízkých frekvencích a tedy i energiích) se jev neprojeví, protože energie fotonu nestačí na uvolnění elektronu z obalu atomu.

Zbytek energie předané elektronu se projeví jako jeho kinetická energie. Přitom při zvýšení intenzity pro fotoefekt příznivých vlnových délek bude fotonů více a počet emitovaných elektronů přirozeně také vzroste.

Fyzika popisuje i vnitřní fotoelektrický jev, kdy nedochází k emisi elektronů z látky, ale elektrony uvolněné z orbitalu atomu zůstávají v látce jako takzvané vodivostní elektrony. Toho se využívá především u na světlo citlivých polovodičů. Při osvětlení se uvolňují v polovodičích elektrony z atomových orbitalů a ty se pak mohou uplatnit jako nosiče proudu. Fotodiody se využívají například v solárních kalkulačkách.

[editovat] Nobelova cena 1921

Einstein za vysvětlení fotoelektrického jevu a za svůj přínos k teoretické fyzice dostal Nobelovu cenu. Nutno říct, že k tomu byla spíše politická pohnutka, kdy jeho teorie relativity nebyla ještě všeobecně přijatá a tak Nobelova komise obdařila Einsteina nobelovou cenou za dílčí obecně přijatý výsledek na poli kvantové fyziky a pro jistotu přidala komentář o zásluhách o teoretickou fyziku, kdyby snad na teorii relativity něco bylo.