Fotoelektrični učinak
From Wikipedia, the free encyclopedia
Fotoelektrični učinak, fotoelektrični efekt ili fotoefekt fizikalna je pojava kod koje djelovanjem elektromagnetskog zračenja dovoljno kratke valne duljine, najčešće svjetlosti u ultraljubičastom području spektra, dolazi do izbijanja elektrona iz obasjanog materijala, obično kovine. Zračenje s valnom duljinom većom od granične ne izbija elektrone jer elektroni ne mogu dobiti dovoljno energije za raskidanje veze s atomom. Izbačeni elektroni nazivaju se fotoelektronima.[1][2]
Pojavu je 1887. prvi primijetio Heinrich Herz, opazivši da do iskre među elektrodama pod naponom lakše dolazi ako su osvijetljene ultraljubičastim svjetlom. Pokusi koji su uslijedili otkrili su da energija izbijenih čestica ovisi o frekvenciji i valnoj duljini zračenja, ali ne i o njegovu intenzitetu, o kojem pak ovisi jakost struje odnosno broj emitiranih čestica. Klasična teorija elektromagnetizma predviđala je kontinuiran prijenos energije elektromagnetskih valova elektronima koji bi se, kad bi nakupili dovoljno energije, oslobodili veze s atomima u materijalu. Svjetlost velike valne duljine i male frekvencije prema staroj bi teoriji nakon dovoljno vremena ipak dovela do emisije elektrona, a to se nije opažalo.
Albert Einstein 1905. godine predlaže teoriju prema kojoj svjetlost nije neprekinuti val koji se širi prostorom nego roj paketića ili kvanata energije koji su poslije nazvani fotonima. Einsteinovo objašnjenje fotoelektričnog učinka dovelo je do važnih otkrića kvantne prirode svjetlosti i elektrona te do stvaranja ideje dualizma – opisa materije svojstvima i klasične čestice i klasičnog vala. Osim toga, utrt je put otkrićima fotovodljivosti, fotootpornosti te fotonaponskog i fotoelektrokemijskog učinka.
Za fotoefekt potrebni su fotoni energije od barem nekoliko elektronvolta. Učinak slabi na energijama iznad nekoliko desetaka tisuća elektronvolta, u rendgenskom dijelu spektra prema gama-zrakama, kada počinju dominirati drugi procesi: Comptonov učinak i stvaranje parova elektrona i pozitrona. Ovisnost apsorpcije rendgenskih zraka u fotoefektu koristi se u radiološkoj dijagnostici jer su tkiva sastavljena uglavnom od elemenata malog atomskog broja za zrake dovoljno visoke energije gotovo prozirna, dok se kao sjene prikazuju tkiva koja sadrže kalcij ili medicinska kontrastna sredstva sastavljena od težih elemenata.