Część teoretyczna.

Zjawisko fotoelektryczne w gazach polega na jonizacji atomów i cząsteczek gazu za pomocą światła i zwykle nazywamy je fotojonizacją. W przypadku ciał w fazie stałej i ciekłej rozróżniamy zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne.

Zewnętrznym zjawiskiem fotoelektrycznym (emisją fotoelektryczną) nazywamy emisję elektronów wywołaną oddziaływaniem światła z daną substancją. Opuszczające substancję na skutek zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego elektrony nazywamy fotoelektronami , a powstały przy ich uporządkowanym ruchu w zewnętrznym polu elektrycznym prąd - prądem fotoelektrycznym ( fotoprądem ).

W toku badania fotoefektu zewnętrznego stwierdzono:

• natężenie prądu jest proporcjonalne do natężenia oświetlenia,

• energia emitowanych z katody fotoelektronów jest proporcjonalna do częstotliwości drgań użytej fali świetlej,

• dla każdego materiału katody istnieje pewna progowa długość fali. Jest to maksymalna długość fali zdolnej do wywołania fotoefektu zewnętrznego, dla fal dłuższych fotoefekt nie zachodzi.

Swobodny elektron, chcąc wyrwać się z powierzchni ciała stałego wykonać musi pracę wyjścia W , pochłaniając przy tym niezbędną energię fotonu. Gdy wartość kwantu przewyższa pracę wyjścia, elektron wyrwie się z powierzchni ciała stałego i uzyska dodatkowo określoną energię kinetyczną:

gdzie m - masa elektronu

v - prędkość początkowa elektronu

hν - energia pochłoniętego fotonu

W - praca wyjścia

- wzór Einsteina - Millikana.

Czułość kwantowa wyrażona w fotoelektronach na kwant promieniowania określa procent kwantów wywołujących emisję w stosunku do kwantów padających na powierzchnię ciała.

Długość progowa - zależy od pracy wyjścia elektronów i wyraża się wzorem:
. Wewnętrznym zjawiskiem fotoelektrycznym nazywamy zmianę rozkładu energetycznego elektronów w stałych i ciekłych półprzewodnikach i dielektrykach spowodowaną oddziaływaniem światła z daną substancją. Przejawia się ono w zmianie koncentracji nośników prądu i prowadzi do pojawienia się fotoprzewodnictwa lub zjawiska fotoelektrycznego w warstwie zaporowej. Fotoprzewodnictwem nazywamy zwiększenie przewodnictwa elektrycznego substancji (zmniejszenie jej oporności) w wyniku oddziaływania ze światłem. Zjawiskiem fotoelektrycznym w warstwie zaporowej (zjawiskiem zaworowym) nazywamy powstawanie w wyniku oddziaływania ze światłem siły elektromotorycznej SEM (foto-SEM) w układzie składającym się z będących w kontakcie półprzewodnika i metalu lub dwóch półprzewodników różnych typów (np. w złączu p-n). Zjawisko fotoelektryczne w warstwach zaporowych wykorzystywane jest przy konstrukcji fotoogniw lub fotodiod.

Zjawisko fotoelektryczne znalazło praktyczne zastosowanie w przyrządach zwanych komórkami fotoelektrycznymi. Komórka fotoelektryczna jest zbudowana w następujący sposób: w bańce szklanej lub kwarcowej kulistego lub cylindrycznego kształtu, wypróżnionej, połowa lub większa część powierzchni pokryta jest metalem łatwo emitującym pod wpływem światła elektrony. Najczęściej do tego celu używane są metale alkaliczne potas i cez. Do celów telewizyjnych używa się zazwyczaj komórek cezowych, wrażliwych na te same gatunki światła, na które najbardziej wrażliwe jest oko ludzkie. Wtopiony do bańki drucik łączący się z warstewką światłoczułą jest wyprowadzony na zewnątrz. Naprzeciwko światłoczułej warstwy znajduje się drucik metalowy, od którego również idzie odprowadzenie na zewnątrz. Wnętrze bańki jest najczęściej dokładnie opróżniane z powietrza.

Komórkę łączy się z baterią jak na powyższym rysunku. Gdy obwód zostanie włączony czuły galwanometr, wychyli się przy naświetleniu komórki i wykaże przepływ prądu proporcjonalnego do natężenia padającego na komórkę światła.

Zmienne natężenia światła można przetworzyć na zmienne prądy elektryczne, za pomocą których uzyskuje się zmienny potencjał na oporze (jak na powyższym rysunku), a następnie można wzmocnić te wahania potencjału za pomocą wzmacniacza lampowego.

---