FOTOELEKTRICKÝ JEV

1.3 Fotoelektrický jev

· Emise elektronů z látky, na kterou dopadá elektromagnetické záření, se nazývá fotoelektrickým jevem.

Při vnějším fotoelektrickém jevu jsou elektrony uvolňovány z vodivostního pásu kovů a samotný krystal kovu opouštějí. V polovodičích pak může docházet pod vlivem elektromagnetického záření k uvolňování elektronů z elektronových obalů atomů. Tyto elektrony zpravidla samotný polovodič neopouštějí, pouze zvyšují jeho vodivost. Pak hovoříme o tzv. vnitřním fotoelektrickém jevu. Fotoelektrický jev sehrál fundamentální roli při formulování základů kvantové teorie světla.

Vnější fotoelektrický jev byl objeven v poslední čtvrtině 19. století nezávisle na sobě vícero fyziky (Hertz 1887, Stoletov 1888) a následně velmi podrobně experimentálně prostudován Lenardem [1]. Samotný fakt fotoemise elektronů z kovu nebyl pro klasickou fyziku překvapující, neboť již od dob Maxwellových bylo známo, že elektromagnetické záření nese energii. V mezích klasické fyziky byly však nepochopitelné některé experimentální závěry:

· K fotoemisi elektronů dochází bezprostředně po dopadu elektromagnetického záření, a to bez ohledu na jeho intenzitu. Dokonce i pro velmi slabé intenzity dopadajícího záření, kdy klasická teorie předpovídá prodlevu několika měsíců, je zpoždění kratší než

· Pro každý kov existuje maximální vlnová délka dopadajícího záření, , pro kterou ještě může dojít k fotoemisi. Pro větší vlnové délky k emisi elektronů nedochází ani při velmi vysokých hodnotách intenzity dopadajícího záření.

· Maximální hodnota kinetické energie elektronů vylétávajících z krystalu kovu ozařovaného elektromagnetickým zářením nezávisí na jeho intenzitě, ale pouze na jeho vlnové délce Experimentálně byl zjištěn vztah kde C je konstanta nezávislá na použitém kovu.

Klasická teorie předpovídá ale závěry zcela odlišné. Např. časová prodleva mezi počátkem ozařování povrchu kovu světlem a emisí elektronů z něj může být podle klasické fyziky velmi dlouhá - hodiny, dny, týdny či dokonce i měsíce, je-li dopadající světlo slabé (viz např. [2]). To, zda k fotoemisi dojde, záleží podle klasických představ pouze na intenzitě dopadajícího záření, nikoliv na jeho vlnové délce. A konečně i kinetická energie emitovaných elektronů by měla být ovlivněna pouze množstvím elektromagnetické energie absorbované v krystalu kovu. O její závislosti na vlnové délce dopadajícího záření nemůže být v rámci klasických představ vůbec řeč.

Jednoduché vysvětlení fotoelektrického jevu podal v roce 1905 na základě své fotonové hypotézy A. Einstein (Einsteinova teorie fotoelektrického jevu).

Literatura

[1] LENARD P. Annalen der Physik, 1902, Bd. 8, S. 149.

[2] BEISER, A. Úvod do moderní fyziky. 1. vyd. Praha: Academia, 1978. 628 s. s. 65-69.

[3] HAJKO, V., aj. Fyzika v experimentoch. 1. vyd. Bratislava: Veda, 1988. 415 s. s. 61-62.