Efectul fotoelectric extern este fenomenul de emitere de electroni de catre un metal aflat sub actiunea unei radiatii electromagnetice.

Importanţa acestui fenomen în dezvoltarea domeniului fizicii constă în a sprijini dualitatea undă-corpuscul a radiaţiei electromagnetice.

Explicaţia matematică a fenomenului a fost dată de Albert Einstein, pe baza unor ipoteze cuantice formulate de Max Planck

Au fost necesare aproape trei decenii pentru ca teoria cuantica sa fie acceptata, si multi oameni de stiinta au contribuit la dezvoltarea ei.

A inceput in 1900 cu ipoteza lui Planck asupra cuantelor de energie si a culminat in anul 1925 cu teoria mecanicii cuantice a lui Schrodinger si Heisenberg, teorie care a contribuit la intelegerea structurii materiei.

In anul 1905 Einstein a extins ipoteza cuantelor de energie, propunand o noua teorie a luminii.

Intensitatea fotocurentului de saturatie este direct proportionala cu fluxul radiatiei incidente, atunci cand frecventa este constanta.

Energia cinetica maxima a fotoelectronilor este proportionala ca frecventa radiatiei incidente si nu depinde de fluxul acesteia.

Efectul fotoelectric se produce numai daca frecventa radiatiei incidente este mai mare decat o valoare minima numita frecventa de prag, care difera de la un metal la altul.

Efectul fotoelectric se produce instantaneu.

Lumina este un fascicul de fotoni. Caracteristicile fotonului sunt:

Sarcina q= 0

Viteza in vid c= 3*108 m/s

Energia ε= hν= mc2

Masa de miscare m= hν/ c2

Masa de repaus m0= 0

Impulsul p= h/λ

Formula lui Einstein pentru efectul fotoelectric este

hν = L+ mv2/2

unde L este lucrul mecanic necesar pentru ca electronul sa invinga fortele care il leaga de materialul catodului.

Efectul fotoelectric, pe langa faptul ca a jucat un rol important in confirmarea teoriei corpusculare a luminii, are si numeroase aplicatii practice.

Alarmele antifurt si sistemele automate de deschidere a usilor utilizeaza adesea circuite cu celula fotoelectrica.Cand o persoana intrerupe fasciculul luminos, anularea brusca a curentului activeaza un comutator care comanda o sonerie sau o usa.Uneori sunt folosite radiatii UV sau IR la alarme, pentru ca sunt invizibile.

Lampă cu aprindere pe bază de celulă fotoelectrică Detector de culoare

Multe detectoare de fum folosesc celule fotoelectrice pentru a detecta cantitati infime de fum, care intrerup fluxul luminos si astfel produc scaderea curentului electric.

Sonorul unui film (“coloana sonora”) poate fi inregistrat intr-o banda ingusta cu innegrire variabila pe o margine laterala a peliculei. Lumina care traverseaza pelicula este astfel “modulata”, iar semnalul de iesire al unui detector cu celula fotoelectrica urmareste fidel frecventele din coloana sonora.

Celula fotoelectrica este alcatuita dintr-un tub de sticla vidat sau continand un gaz inert la presiune redusa care are in interior doi electrozi : catodul ( C ) format dintr-un strat subtire de metal (Cs, Na, K) depus pe o portiune din peretele tubului si anodul (A). format dintr-o retea de inel sau bobita metalica.

Sub actiunea radiatiilor electromagnetice (vizibile) fotocatodul emite electroni care sunt dirijati spre anod datorita campului electric produs de tensiunea dintre C si A si sunt captati de catre acesta stabilindu-se un curent electric, indicat de galvanometru „G”. Deci celula fotoelectrica transforma un semnal luminos intr-un semnal electric.

Celulele fotoelectrice cu vid sunt mai putin sensibile (curentul fotoelectric se stabileste la valori mai mari ale fluxului radiatiilor electromagnetice), dar sunt lipsite de inertie (intensitatea curentului fotoelectric urmareste prompt si liniar variatia fluxului luminos care cade pe catod); celulele cu gaz sunt mai sensibile dar prezinta o inertie determinata de procesele ce se produc in cazul din tub.

Cercetatorii din cadrul U.S. Department of National Renewable Energy Laboratory au stabilit un adevarat record mondial in cadrul realizarii celei mai eficiente celule fotoelectrice prin crearea unui dispozitiv fotovoltaic care transforma 40,8% din lumina solara primita direct in electricitate.

Releul fotoelectric este un electromagnet care poate comanda inchiderea si deschiderea unui circuit electric. In cazul releului fotoelectric lumina cade pe fotocatod si determina aparitia unui camp electric care dupa amplificare strabate electromagnetul al carui camp produce inchiderea circuitului comandat.

Avand comenzi comode, sigure si rapide, releul fotoelectric se foloseste la numararea unor obiecte in miscare, la intreruperea automata a functionarii unor masini-unelte cand operatorul a intrat intr-o zona unde este pericol de accidentare, la conectarea automata a retelei de iluminat etc.

Numărătorul de obiecte de pe o bandă rulantă

Este folosit de fotografii profesionişti pentru determinarea ilumi-nării în vederea reglării manuale a timpului de expunere.

didier.duchemin.free.fr/micro/micro3.htm

http://www.shsu.edu/~chm_tgc/sounds/pmt.mov

        

Microscop electronic cu scanare la Institutul de Geologie al Universităţii din Kiel, Germania, în 1980. Coloana din mijloc produce fluxul de electroni, iar specimenul este plasat la baza.

In opinia mea, importanța acestui fenomen în dezvoltarea domeniului fizicii constă în a sprijini dualitatea undă-corpuscul a radiației electromagnetice. Explicația matematică a fenomenului a fost dată de Albert Einstein, pe baza unor ipoteze cuantice formulate de Max Planck.

In concluzie, o suprafață metalică expusă unui flux de radiație electromagnetică poate să genereze, în anumite condiții, electroni liberi, care produc un curent electric dacă sunt accelerați sub acțiunea unui câmp electric