Vnější fotoelektrický jev nastane tehdy, když světlo dopadající na kov, uvolní z tohoto kovu elektrony. Jsou to elektrony, které se původně v kovu volně pohybovaly, ale neměly dost energie na to, aby kovový materiál opustily. Potřebnou energii získají od dopadajícího světla.
Vnitřní fotoelektrický jev nastane tehdy, když dopad světla na polovodič, například křemík (Si) nebo germanium (Ge), uvolní elektrony, které byly původně velmi dobře vázané ke svým mateřským atomům, do vodivostní vrstvy. Vodivost polovodiče se tak výrazně zlepší, jeho elektrický odpor poklesne. Uvolněné elektrony však zůstávají uvnitř materiálu polovodiče. Vnitřní fotoelektrický jev má obrovské praktické využití v celé řadě zařízení jako jsou fotoaparáty, kamery, laserové tiskárny a kopírky, různá optická čidla a fotovoltaické panely v solárních elektrárnách.
Studium fotoelektrického jevu odhalilo jednu zajímavou věc. Světlo s velkou vlnovou délkou (např. červené) vnější fotoelektrický jev téměř nikdy nevyvolá. Nepomůže ani, když budeme materiál osvětlovat mnoha červenými lampami najednou, aby intenzita světla byla velmi velká. Naopak hodně pomůže, když použijeme světlo s krátkou vlnovou délkou, tedy modré nebo fialové. V tom případě můžeme pozorovat fotoefekt na mnoha různých materiálech. Ještě lepších výsledků dosáhneme tak, že viditelné světlo nahradíme neviditelným ultrafialovým zářením, které má ještě větší frekvenci.
Vysvětlení tohoto jevu je spojeno se jmény dvou významných vědců Maxe Plancka a Alberta Einsteina. Ti správně dovodili, že světlo je schopné předávat svoji energii látce jen po určitých porcích, kvantech. Ta kvanta se nazývají fotony. Jeden foton světla s frekvencí f nese energii E = h∙f, kde h je Planckova konstanta s hodnotou h = 6,63.10-34 J∙s.
Příklad: Určete energii fotonu světla s vlnovou délkou 450 nm (modrá barva).
frekvence je f = c/λ = 2,998∙108/450∙10-9 = 6,662∙1014 Hz
energie v joulech E = h∙f = 4,417.10-19 J
energie v elektronvoltech je E = 4,417.10-19/1,602∙10–19 = 2,757 eV.
S rostoucí frekvencí, a tedy s klesající vlnovou délkou, roste energie fotonu. Proto foton fialového světla má mnohem větší energii než foton červeného světla. Důležité je, že fotony neumí spolupracovat. S jedním elektronem interaguje vždy jeden foton a jeho energie k uvolnění elektronu buď stačí, nebo nestačí. Není možné, aby se dva fotony spojily a společnými silami svých energií uvolnili elektron.
|
