Efecto fotoeléctrico

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En el efecto fotoeléctrico, los electrones son emitidos desde la materia (los metales y los sólidos no metálicos, líquidos o los gases ) como consecuencia de la absorción de la energía de la radiación electromagnética de muy corta longitud de onda , como visible o ultravioleta, la luz . Electrones emitidos de esta manera pueden ser denominados "fotoelectrones". [1] [2] En primer lugar observado por Heinrich Hertz en 1887, [2] el fenómeno también es conocido como el "efecto Hertz", [3] [4] , aunque este último término ha caído en desuso en general. Hertz observó y demostró que los electrodos se ilumina con luz ultravioleta crear chispas de electricidad con mayor facilidad.

El efecto fotoeléctrico requiere fotones con energías de unos pocos electronvoltios a más de 1 MeV en alto número atómico elementos . Estudio del efecto fotoeléctrico condujo a importantes pasos en la comprensión de la naturaleza cuántica de la luz y los electrones e influyó en la formación del concepto de la dualidad onda-partícula . [1] Otros fenómenos donde la luz afecta el movimiento de cargas eléctricas incluyen el efecto fotoconductor (también conocido como fotoconductividad o photoresistivity ), el efecto fotovoltaico , y el efecto fotoelectroquímico .

Contenido

[ editar ] Mecanismo de emisión

Los fotones de un haz de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón dentro de un material que absorbe la energía de un fotón y por lo tanto tiene más energía que la función de trabajo (la energía de enlace de electrones) del material, es expulsado. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón es incapaz de escapar del material. El aumento de la intensidad del haz de luz aumenta el número de fotones en el haz de luz, y por lo tanto aumenta el número de electrones excitados, pero no aumenta la energía que cada electrón posee. La energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz entrante, pero sólo en la energía o la frecuencia de los fotones individuales. Se trata de una interacción entre el fotón incidente y el electrón más externo.

Los electrones pueden absorber la energía de los fotones cuando son irradiados, pero por lo general siguen un "todo o nada" principio. Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón del enlace atómico, o bien la energía es reemitida. Si la energía del fotón es absorbido, parte de la energía libera el electrón del átomo, y el resto contribuye a que el electrón es la energía cinética de una partícula libre. [5] [6] [7]

[ editar ] Los resultados experimentales de la emisión fotoeléctrica

  1. Para un metal dado y la frecuencia de la radiación incidente, la velocidad a la que se expulsa fotoelectrones es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente.
  2. Para un metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación incidente por debajo del cual no se puede emitir fotoelectrones. Esta frecuencia se denomina frecuencia umbral.
  3. Para un metal dado de la función de trabajo en particular, el aumento de la intensidad del haz incidente aumenta la magnitud de la corriente fotoeléctrica, aunque sin llegar tensión sigue siendo la misma.
  4. Para un metal dado de la función de trabajo en particular, aumento de la frecuencia del haz incidente aumenta la energía cinética máxima con la que los fotoelectrones son emitidos. Así, la parada aumenta la tensión. (En la práctica, el número de electrones cambia debido a la probabilidad de que los resultados de cada fotón en un electrón emitido es una función de energía de los fotones).
  5. Por encima del umbral de frecuencia, la energía cinética máxima del fotoelectrón emitido depende de la frecuencia de la luz incidente, pero es independiente de la intensidad de la luz incidente, siempre y cuando este último no es muy alto [8]
  6. El tiempo que transcurre entre la incidencia de la radiación y la emisión de un fotoelectrón es muy pequeña, menos de 10 -9 segundos.
  7. La dirección de la distribución de los electrones emitidos picos en la dirección de la polarización (la dirección del campo eléctrico) de la luz incidente, si es linealmente polarizada. [9]

[ editar ] Descripción matemática

La máxima energía cinética K máximo de un electrón expulsado se da por

K_ {\ mathrm {max}} = h \, f - \ phi,

donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia del fotón incidente. El término ? = h \, F_0 es la función de trabajo (a veces denotado W), lo que da la energía mínima necesaria para eliminar un electrón deslocalizado de la superficie del metal. La función de trabajo satisface

\ Phi = h \, F_0,

donde f 0 es la frecuencia umbral del metal. La máxima energía cinética de un electrón expulsado luego se

K_ {\ mathrm {max}} = h \ left (f - F_0 \ derecho).

La energía cinética es positiva, por lo que tenemos que f> f 0 para el efecto fotoeléctrico que se produzca. [10]

[ editar ] potencial de frenado

La relación entre corriente y tensión aplicada ilustra la naturaleza del efecto fotoeléctrico. Para la discusión, una fuente de luz ilumina una placa P, y otro electrodo de la placa Q recoge los electrones emitidos. Variamos el potencial entre P y Q y medir la corriente que fluye en el circuito externo entre las dos placas.

Si la frecuencia y la intensidad de la radiación incidente se fija, la corriente fotoeléctrica aumenta gradualmente con un aumento en el potencial positivo hasta que todos los fotoelectrones emitidos se recogen. La corriente fotoeléctrica alcanza un valor de saturación y no aumentar aún más cualquier incremento en el potencial positivo. La corriente de saturación depende de la intensidad de la iluminación, pero no su longitud de onda.

Si se aplica un potencial negativo a la placa Q con respecto a la placa P y gradualmente aumentar la cantidad, la corriente disminuye fotoeléctrico hasta que sea cero, en un cierto potencial negativo en la placa P. El potencial negativo mínimo indicado en la placa Q en el que la corriente fotoeléctrica se convierte en cero se llama potencial de detener o cortar potencial. [11]

i. Para una frecuencia dada de la radiación incidente, el potencial de frenado es independiente de su intensidad.

ii. Para una determinada frecuencia de la radiación incidente, la interrupción potencial Vo está relacionado con la energía cinética máxima de los fotoelectrones que se acaba de parar de llegar a la placa P. Si m es la masa y V max es la velocidad máxima del fotoelectrón emitido, a continuación,

K_ {\ mathrm {max}} = \ frac {1} {2} mv ^ 2_ {\ mathrm {max}}

Si e es la carga del electrón y 0 V es el potencial de frenado, entonces el trabajo realizado por el potencial de frenado para detener el electrón e = V 0, lo que da

{1 \ sobre 2} mv ^ 2_ {\ mathrm {max}} = eV_0

La relación anterior muestra que la velocidad máxima de los fotoelectrones emitidos es independiente de la intensidad de la luz incidente. Por lo tanto,

K_ {\ mathrm {max}} = \ eV_0

La tensión de detener varía linealmente con la frecuencia de la luz, pero depende del tipo de material. De cualquier material particular, hay un umbral de frecuencia que se debe superar, independientemente de la intensidad de la luz, para observar cualquier emisión de electrones.

[ editar ] Tres pasos modelo

En el régimen de rayos X, el efecto fotoeléctrico en el material cristalino suele descomponer en tres pasos: [12]

  1. Efecto fotoeléctrico interno (véase el fotodiodo a continuación). El agujero dejado atrás puede dar lugar a efecto de barrena , que es visible incluso cuando el electrón no dejar el material. En los sólidos moleculares fonones muy contentos en este paso y puede ser visible como líneas de energía de los electrones en la final. El PhotoEffect interior tiene que ser dipolo permitido. La reglas de transición para los átomos de traducir a través del modelo de unión fuerte en el cristal. Son similares en la geometría de las oscilaciones de plasma en el que tienen que ser transversal.
  2. Transporte balístico de la mitad de los electrones a la superficie. Algunos electrones están dispersos.
  3. Electrones escapan del material en la superficie.

En el modelo de tres pasos, un electrón puede tomar varias rutas a través de estos tres pasos. Todos los caminos pueden interferir en el sentido de la formulación integral de camino . Para los estados de superficie y las moléculas del modelo de tres pasos hace aún algún sentido, ya que incluso la mayoría de los átomos tienen electrones múltiple, que puede dispersar el electrón una salida. [ cita requerida ]

[ editar ] Historia

Cuando una superficie está expuesta a la radiación electromagnética por encima de un cierto umbral de frecuencia (por lo general la luz visible para los metales alcalinos , cerca de ultravioleta para otros metales, y del ultravioleta extremo de no metales), la radiación es absorbida y electrones emitidos son. La luz, y en especial la luz ultravioleta, las descargas de los cuerpos electrizados negativamente con la producción de los rayos de la misma naturaleza que los rayos catódicos. [13] En algunos casos es directamente puede ionizar gases. [13] El primero de estos fenómenos fue descubierto por Hertz y Hallwachs en 1887. [13] La segunda fue anunciada por primera vez por Philipp Lenard en 1900. [13]

La luz ultravioleta para producir estos efectos pueden ser obtenidos a partir de una lámpara de arco, o por la quema de magnesio, o por una chispa con una bobina de inducción entre el zinc o cadmio terminales, a la luz de la que es muy rica en rayos ultravioleta. La luz del sol no es rica en rayos ultravioleta, ya que estos han sido absorbidos por la atmósfera y no produce casi tan grande como un efecto del arco de luz. Muchas sustancias, además de metales descargar la electricidad negativa bajo la acción de la luz ultravioleta: una lista de estas sustancias se encuentran en trabajos de GC Schmidt [14] y O. Knoblauch . [15]

[ editar ] siglo 19

En 1839, Alexandre Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico, mientras que el estudio del efecto de la luz en las celdas electrolíticas . [16] Aunque no es equivalente al efecto fotoeléctrico, su trabajo en la energía fotovoltaica fue instrumental en la que muestra una fuerte relación entre las propiedades de la luz y electrónica de los materiales. En 1873, Willoughby Smith descubrió fotoconductividad en selenio durante la prueba del metal por sus propiedades de alta resistencia, junto con sus trabajos con cables telegráficos submarinos. [17]

Johann Elster (1854-1920) y Hans Geitel (1855-1923), los estudiantes de Heidelberg , desarrolló la primera práctica células fotoeléctricas que se podrían utilizar para medir la intensidad de la luz. [18] Elster y Geitel había investigado con gran éxito los efectos producidos por la luz en los cuerpos electrizados. [19]

Heinrich Rudolf Hertz,
de Oliver Heaviside : Sage en soledad

En 1887, Heinrich Hertz observa el efecto fotoeléctrico y la producción y recepción de ondas electromagnéticas. [13] , publicó estas observaciones en la revista Annalen der Physik . Su receptor consistía en una bobina con una chispa , donde se ve una chispa en la detección de las ondas electromagnéticas. Puso el aparato en una caja oscura para ver la chispa mejor. Sin embargo, se dio cuenta de que la duración máxima de la chispa se reducía cuando en el cuadro. Un panel de vidrio colocado entre la fuente de ondas electromagnéticas y el receptor absorbe la radiación ultravioleta que ayudó a los electrones en el salto en el vacío. Cuando se retira, la longitud de la chispa se incrementaría. Observó ninguna disminución en la longitud de chispa cuando se sustituyó el cuarzo de cristal, como el cuarzo no absorbe la radiación UV. Hertz concluyó sus meses de investigación e informó de los resultados obtenidos. No prosiga con la investigación de este efecto.

El descubrimiento de Hertz [20] en 1887 que la incidencia de la luz ultravioleta en una chispa facilitó el paso de la chispa, llevado de inmediato a una serie de investigaciones por Hallwachs , [21] Hoor, [22] Righi [23] y Stoletow . [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] sobre el efecto de la luz, y en especial de la luz ultravioleta, en los cuerpos de cargos. Se comprobó por las investigaciones que una superficie recién limpiada de zinc, si carga con electricidad negativa, rápidamente pierde su carga por pequeña que sea, cuando la luz ultravioleta cae sobre la superficie, mientras que si la superficie está sin carga, para empezar, que adquiere una carga positiva cuando se expone a la luz, la electrificación negativa de salir en el gas que está rodeado por el metal, lo que la electrificación positivo puede ser mucho mayor por la dirección de una onda aérea fuerte contra la superficie. Sin embargo, si la superficie de zinc está positivamente electrificadas que no sufre ninguna pérdida de carga cuando se expone a la luz: este resultado ha sido cuestionada, pero un examen muy cuidadoso del fenómeno de Elster y Geitel [31] ha demostrado que la pérdida observada en ciertas circunstancias se debe a la descarga por la luz reflejada desde la superficie de zinc de la electrificación negativa en los conductores vecinos inducida por la carga positiva, la electricidad negativa bajo la influencia del campo eléctrico en movimiento a la superficie positivamente electrificadas. [32]

Con respecto al efecto de Hertz, las investigaciones desde el principio mostró una gran complejidad del fenómeno de la fatiga fotoeléctrico - es decir, la disminución progresiva del efecto observado en las superficies metálicas nuevas. De acuerdo con una importante investigación realizada por Wilhelm Hallwachs , el ozono juega un papel importante en el fenómeno. [33] Sin embargo, otros elementos tales como entrar en la oxidación, la humedad, el modo de pulido de la superficie, etc Fue en ese momento ni siquiera Asegúrese de que la fatiga no se da en el vacío.

En el período comprendido entre febrero de 1888 y hasta 1891, un análisis detallado de PhotoEffect fue realizada por Aleksandr Stoletov con los resultados publicados en seis obras, cuatro de ellos en Comptes Rendus , una revisión en Physikalische Revue (traducido del ruso), y el último trabajo en Diario de Física. En primer lugar, en estas obras Stoletov inventado una nueva configuración experimental que era más adecuado para un análisis cuantitativo de PhotoEffect. Con esta instalación, que descubrió la proporcionalidad directa entre la intensidad de la luz y la inducida por la luz de corriente eléctrica (la primera ley de PhotoEffect o la ley de Stoletov ). Uno de sus otros hallazgos como resultado de las mediciones de la dependencia de la intensidad de la foto de la corriente eléctrica en la presión del gas, donde se encontró la existencia de una presión de gas óptimo P m correspondiente a un máximo de fotocorriente, esta propiedad fue utilizada para la creación de un las células solares . [ cita requerida ]

En 1899, JJ Thomson investigó la luz ultravioleta en los tubos de Crookes . [34] Influido por la obra de James Clerk Maxwell , Thomson dedujo que los rayos catódicos estaban formados por partículas con carga negativa, los electrones más tarde llamado, al que llamó "corpúsculos". En la investigación, Thomson cerrado una placa de metal (cátodo) en un tubo de vacío, y lo expuso a la radiación de alta frecuencia. Se pensaba que los campos electromagnéticos oscilantes causadas campo de los átomos a resonar y, después de alcanzar una cierta amplitud, causó un subatómicas "corpúsculo" que se emite, y la corriente que se detecte. La cantidad de esta corriente varía con la intensidad y el color de la radiación. Mayor intensidad de la radiación o la frecuencia se producen más actual. [ cita requerida ]

[ editar ] Siglo 20

El descubrimiento de la ionización de los gases por la luz ultravioleta fue hecha por Philipp Lenard en 1900. A medida que el efecto se produce a través de varios centímetros de aire y de hecho muy grande iones positivos y negativos pequeños, era natural de interpretar el fenómeno, al igual que JJ Thomson, como un efecto de Hertz sobre las partículas sólidas o líquidas presentes en el gas. [13 ]

El físico alemán Phillipp Lenard

En 1902, Lenard señaló que la energía de cada uno de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia (que se relaciona con el color ) de la luz. [5]

Esto parece estar en contradicción con James Clerk Maxwell 's teoría ondulatoria de la luz , lo que se pensaba que predicen que la energía del electrón sería proporcional a la intensidad de la radiación.

Lenard observa la variación de la energía de los electrones con la frecuencia de la luz con una lámpara potente arco eléctrico que le permitió investigar los grandes cambios en la intensidad, y que tenían el poder suficiente para que pueda investigar la variación del potencial con la frecuencia de la luz. Su experimento no mide directamente el potencial, la energía cinética de electrones: se encontró con la energía del electrón al relacionarlo con el máximo potencial de parada (de tensión) en una célula fotoeléctrica. Él encontró que la máxima de electrones calcula la energía cinética se determina por la frecuencia de la luz. Por ejemplo, un aumento de la frecuencia de resultados en un aumento de la energía cinética máxima calculada para un electrón después de la liberación - la radiación ultravioleta que requiere una mayor aplicación potencial de frenado para detener la corriente de una célula fotoeléctrica que la luz azul. Sin embargo los resultados de Lenard fueron más cualitativa que cuantitativa, debido a la dificultad de realizar los experimentos: los experimentos necesarios para hacer el metal recién cortado para que el metal puro se observó, pero se oxida en cuestión de minutos, incluso en los vacíos parciales que utilizó . La corriente emitida por la superficie fue determinada por la intensidad de la luz, o brillo: duplicar la intensidad de la luz se duplicó el número de electrones emitidos desde la superficie.

Las investigaciones de Langevin y las de Eugene Bloch [35] han demostrado que la mayor parte del efecto Lenard se debe sin duda a este "efecto de Hertz. El efecto Lenard en el mismo gas, sin embargo existe. Refundar por JJ Thomson [36] y luego con mayor decisión por Frederic Palmer, Jr., [37] [38] se estudiaron y presentaron características muy diferentes a los que en un primer momento que se le atribuyen por Lenard. [13]

En 1905, Albert Einstein resolvió esta aparente paradoja con la descripción de la luz como compuesta de cuantos discretos, que ahora se llama fotones , en lugar de ondas continuas. Sobre la base de Max Planck teoría 's de la radiación del cuerpo negro , Einstein teorizó que la energía de cada cuanto de luz era igual a la frecuencia multiplicada por una constante, más tarde llamada la constante de Planck . Un fotón por encima de un umbral de frecuencia tiene la energía necesaria para extraer un electrón, creando el efecto observado. Este descubrimiento llevó a la cuántica y la revolución en la física de Einstein ganó el Premio Nobel de Física en 1921. [39] Por la dualidad onda-partícula , el efecto puede ser analizada exclusivamente en términos de las olas, aunque no tan cómoda. [40]

Einstein, en 1905, cuando escribió el Annus Mirabilis papeles

Albert Einstein description 's matemática de cómo el efecto fotoeléctrico fue causado por la absorción de los cuantos de luz (ahora llamados fotones ), se encontraba en uno de sus artículos de 1905 , llamado "En un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de la luz". Este documento propone la simple descripción de "cuantos de luz", o fotones, y mostró cómo se explica fenómenos como el efecto fotoeléctrico. Su explicación sencilla en términos de absorción de los discretos cuantos de luz se explica las características del fenómeno y la frecuencia característica. La explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico le valió el Premio Nobel de Física en 1921. [41]

La idea de los cuantos de luz comenzó con Max Planck ley 's publicada de la radiación del cuerpo negro ("Sobre la ley de distribución de energía en el espectro normal" [42] ), asumiendo que los osciladores hertzianas sólo puede existir en energías E proporcional a la frecuencia f del oscilador por E = hf, donde h es la constante de Planck. Al asumir que la luz en realidad consistió en paquetes discretos de energía, Einstein escribió una ecuación para el efecto fotoeléctrico que estuvo de acuerdo con los resultados experimentales. Explicaba por qué la energía de los fotoelectrones dependían sólo de la frecuencia de la luz incidente y no de su intensidad: una de baja intensidad y alta frecuencia de la fuente puede suministrar unos pocos fotones de alta energía, mientras que una alta intensidad y baja frecuencia de la fuente que la oferta no los fotones de la energía individual suficiente para desalojar a los electrones. Este fue un salto teórico enorme, pero el concepto se resistió con fuerza en un primer momento, ya que contradice la teoría ondulatoria de la luz que siguió, naturalmente, de James Clerk Maxwell 's ecuaciones de comportamiento electromagnético, y, en general, la asunción de la infinita divisibilidad de la energía en física sistemas. Incluso después de los experimentos mostraron que las ecuaciones de Einstein para el efecto fotoeléctrico se precisa, la resistencia a la idea de fotones continuo, ya que parece contradecir las ecuaciones de Maxwell, que fueron bien entendidos y verificado. [ cita requerida ]

El trabajo de Einstein predice que la energía de cada uno de los electrones expulsados ??se incrementa linealmente con la frecuencia de la luz. Quizás sorprendentemente, la relación precisa que no había en ese momento ha probado. En 1905 se supo que la energía de los fotoelectrones aumenta con la creciente frecuencia de la luz incidente y es independiente de la intensidad de la luz. Sin embargo, la manera de que el aumento no fue determinado experimentalmente hasta 1914, cuando Robert Andrews Millikan demostró que la predicción de Einstein estaba en lo cierto. [6]

El efecto fotoeléctrico ayudó a impulsar el concepto entonces emergente de la naturaleza dual de la luz , que la luz posee simultáneamente las características de las ondas y partículas, cada uno se manifiesta según las circunstancias. El efecto era imposible de entender en términos de la clásica ola descripción de la luz, [43] [44] [45] como la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiación incidente. La teoría clásica predecía que los electrones "recoger" la energía en un período de tiempo, y luego se emite. [44] [46]

[ editar ] Usos y efectos

[ editar ] fotomultiplicadores

Estos son muy sensibles a la luz los tubos de vacío con un fotocátodo recubre parte (un extremo o lateral) de la parte interior de la envoltura. El fotocátodo contiene combinaciones de materiales tales como el cesio, rubidio y antimonio especialmente seleccionados para proporcionar una función de trabajo baja, por lo que al ser iluminado incluso por niveles muy bajos de luz, el fotocátodo fácilmente libera electrones. Por medio de una serie de electrodos (dinodos) a cada vez más altos potenciales, estos electrones son acelerados y un aumento sustancial en el número a través de la emisión secundaria para proporcionar una salida fácil de detectar en curso. Fotomultiplicadores son todavía de uso común donde los bajos niveles de luz deben ser detectados. [47]

[ editar ] Los sensores de imagen

Tubos de cámara de vídeo en los primeros días de la televisión utiliza el efecto fotoeléctrico, por ejemplo, Philo Farnsworth "s" disector de imagen "que se utiliza una pantalla de carga por el efecto fotoeléctrico para transformar una imagen óptica en una señal electrónica digitalizada. [48]

[ editar ] El electroscopio de hojas de oro

La hoja de oro electroscopio .

Pan de oro- electroscopios están diseñados para detectar la electricidad estática . Carga colocada en la tapa de metal se extiende a la madre y el pan de oro del electroscopio. Porque entonces tienen la misma carga, el tallo y las hojas se repelen entre sí. Esto hará que la hoja se doble de distancia de la madre. El electroscopio es un instrumento importante para ilustrar el efecto fotoeléctrico. Por ejemplo, si el electroscopio está cargado negativamente en todo, hay un exceso de electrones y la hoja se separa de la madre. Si de alta frecuencia de la luz brilla en la tapa, las descargas electroscopio y la hoja se debilitará. Esto se debe a la frecuencia de la luz que brilla en la tapa está por encima de la frecuencia umbral de la PAC. Los fotones de la luz tiene suficiente energía para liberar electrones de la tapa, reduciendo su carga negativa. Esto descarga un electroscopio cargado negativamente y además cobran un electroscopio positivo. Sin embargo, si la radiación electromagnética golpear la tapa de metal no tiene una frecuencia lo suficientemente alta (su frecuencia es inferior al valor umbral para la tapa), entonces la hoja no se descarga, no importa cuánto tiempo uno brilla la luz de baja frecuencia en el cap. [49]

[ editar ] espectroscopia de fotoelectrones

Puesto que la energía de los fotoelectrones emitidos es exactamente la energía del fotón incidente menos la función del material de trabajo o energía de enlace, la función de trabajo de una muestra puede ser determinada por un bombardeo de un monocromático de rayos X de origen o de UV de origen, y la medición de la distribución de la energía cinética de los electrones emitidos. [50]

Espectroscopia de fotoelectrones se lleva a cabo en un ambiente de alto vacío, ya que los electrones se dispersa por las moléculas de gas si estuvieran presentes. La fuente de luz puede ser un láser, un tubo de descarga, o una radiación de sincrotrón de origen. [51]

El analizador hemisférico concéntrico (CHA) es un típico analizador de energía de electrones, y utiliza un campo eléctrico para cambiar las direcciones de los electrones incidentes, en función de su energía cinética. Para cada elemento y el núcleo (orbitales atómicos) habrá una energía de enlace diferente. Los electrones de muchos de ellos creados a partir de cada una de estas combinaciones se muestran como picos en la salida del analizador, y estos pueden ser utilizados para determinar la composición elemental de la muestra.

[ editar ] Naves

El efecto fotoeléctrico hará que la nave espacial a la luz solar para desarrollar una carga positiva. Esto puede ser un problema importante, como en otras partes de la nave espacial a la sombra de desarrollar una carga negativa de plasma cercano, y el desequilibrio que puede descargarse a través de componentes eléctricos delicados. La carga estática creada por el efecto fotoeléctrico es autolimitada, sin embargo, debido a que un objeto más altamente cargada da sus electrones con menos facilidad. [52]

[ editar ] Luna polvo

La luz del sol golpea el polvo lunar hace que se carga a través del efecto fotoeléctrico. El polvo cargadas luego se rechaza y se levanta de la superficie de la Luna por levitación electrostática . [53] [54] Esto se manifiesta casi como una "atmósfera de polvo", visible como una fina bruma y la confusión de las funciones a distancia, y visibles como un tenue resplandor después de la puesta del sol. Esto fue fotografiado por primera vez por el programa Surveyor sondas en la década de 1960. Se cree que las partículas más pequeñas son repelidos hasta kilómetros de altura, y que las partículas se mueven en "fuentes", ya que la carga y descarga.

[ editar ] Noche dispositivos de visión

Fotones golpeando una fina capa de metal alcalino o de semiconductores de materiales como el arseniuro de galio en un intensificador de imágenes del tubo causa de la expulsión de fotoelectrones por el efecto fotoeléctrico. Estos son acelerados por un campo electrostático donde encontrar un fósforo pantalla recubierta, la conversión de los electrones de nuevo en fotones. La intensificación de la señal se logra ya sea mediante la aceleración de los electrones, o bien aumentando el número de electrones a través de emisiones secundarias, como por ejemplo con un plato de Micro-canal . A veces una combinación de ambos métodos se utiliza. La energía cinética adicional se requiere para mover un electrón de la banda de conducción y en el nivel de vacío. Esto se conoce como la afinidad electrónica del fotocátodo y es otro obstáculo para fotoemisión que no sea la banda prohibida, explicado por el boquete de la venda del modelo. Algunos materiales como el arseniuro de galio tiene una afinidad electrónica eficaz que está por debajo del nivel de la banda de conducción. En estos materiales, los electrones que se mueven a la banda de conducción son de la suficiente energía para ser emitido a partir del material y, como tal, la película que absorbe los fotones pueden ser muy gruesa. Estos materiales son conocidos como materiales de afinidad electrónica negativa.

[ editar ] Sección transversal

El efecto fotoeléctrico es un mecanismo de interacción entre los fotones y átomos. Es uno de los 12 posibles interacciones teóricamente. [55]

En las energías de fotones de alta comparable a la energía en reposo del electrón de 511 keV, la dispersión de Compton , otro proceso, puede tener lugar. Por encima de dos veces este (1.022 MeV) la producción de pares puede tener lugar. [56] dispersión de Compton y producción de pares es un ejemplo de otros dos mecanismos de la competencia.

De hecho, incluso si el efecto fotoeléctrico es la reacción favorable para un determinado fotón único límite la interacción de electrones, el resultado también está sujeto a los procesos estadísticos y no está garantizada, aunque el fotón sin duda ha desaparecido y un electrón ligado se ha emocionado (por lo general K o L electrones shell a nuclear (rayos gamma) energías). La probabilidad de que ocurra el efecto fotoeléctrico se mide por la sección transversal de la interacción, ?. Esto ha demostrado ser una función del número atómico del átomo blanco y energía de los fotones. Una aproximación cruda, para energías de fotones por encima de la más alta energía de enlace atómico, viene dada por [57] :

\ Sigma = \ mathrm {constante} \ cdot \ frac {Z ^ n} {E ^ 3}

Aquí Z es el número atómico y n es un número que oscila entre el 4 y 5. (A bajas energías de fotones de una estructura característica con bordes aparece, K borde, bordes L, M bordes, etc) La interpretación obvia se deduce que el efecto fotoeléctrico disminuye rápidamente en importancia, en la región de los rayos gamma del espectro, con el aumento de la energía de fotones , y que efecto fotoeléctrico aumenta considerablemente con el número atómico. El corolario es que la alta-Z materiales reparar los escudos de rayos gamma, que es la principal razón de que el plomo (Z = 82) es un escudo de radiación gamma preferido y en todas partes. [58]

[ editar ] Véase también

[ editar ] Referencias

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