Wat is Fotone? Verwysing na elektrone wat vrygemaak word wanneer 'n materiaal deur lig beskyn word. Hierdie verskynsel staan bekend as die foto-elektriese effek.

Wat is Fotone

Fotone-definisie

'n Fotone word gedefinieer as 'n elektron wat uit 'n materiaal vrygelaat word wanneer dit ligenergie absorbeer. Hierdie emissieproses staan bekend as die foto-elektriese effek en verskaf sleutelbewyse vir die kwantum-aard van lig en materie. Hierdie artikel sal verduidelik wat fotonas is, hoe hulle geproduseer word, faktore wat hul emissie beïnvloed, en hul toepassings in wetenskap en tegnologie.

Foto-elektriese Effek

Die foto-elektriese effek is die proses waardeur elektrone uit 'n materiaal vrygelaat word wanneer dit blootgestel word aan lig met 'n voldoende frekwensie of energie. Die materiaal kan metaal, 'n halfgeleider, of enige stof wees met vry of los gebonde oppervlakte-elektrone. Die lig kan sigbaar, ultraviolette, of röntgenstraal wees, afhangende van die materiaal se arbeidsfunksie.

Die arbeidsfunksie word gedefinieer as die minimum energie nodig om 'n elektron van 'n materiaal se oppervlak te verwyder. Gemete in elektronvolt (eV), stel hierdie eenheid van energie die energie voor wat deur 'n elektron opgedoen word deur 'n een-volt potensiaalverskil. Die arbeidsfunksie varieer met die materiaaltype en -toestand, en strek tipies van 2 tot 6 eV vir metale.

Wanneer lig met frekwensie f of golflengte λ die oppervlak van 'n materiaal raak, dra elke foton (of kwantum van lig) 'n energie E, gegee deur

E=hf=λhc

waar h Planck se konstante is (6.626 x 10^-34 J s), en c die ligspoed (3 x 10^8 m/s). As die foton-energie E groter is of gelyk aan die arbeidsfunksie W van die materiaal, dan kan die foton sy energie oordra aan 'n elektron op die oppervlak, en kan die elektron met 'n kinetiese energie K ontsnap, gegee deur

K=E−W=hf−W

Die elektrone wat op hierdie manier vrygelaat word, word fotonas genoem, en hulle vorm 'n fotostroom wat gemeet kan word deur die materiaal aan 'n buiteling te koppel.

Arbeidsfunksie

Die arbeidsfunksie is die minimum energie nodig om 'n elektron van 'n materiaal te verwyder, wat die foto-elektriese emissie beïnvloed.

Onmiddellike Emissie

Die emissie van fotonas is onmiddellik en hang af van die lig se frekwensie, nie sy intensiteit nie.

Toepassings

Foto-elektriese selles of sonnestelle: Hierdie toestelle skakel ligenergie oor na elektriese energie deur gebruik te maak van die foto-elektriese effek. Hulle bestaan uit 'n halfgeleidermateriaal (soos silikon) wat fotonas absorbeer en fotonas vrylaat, wat dan deur elektrodes versamel word en 'n elektriese stroom vorm.

Fotovermenigvuldigerbuisse: Hierdie toestelle versterk swak ligseine deur gebruik te maak van 'n reeks elektrodes wat sekondêre elektrone uitsend wanneer hulle deur fotonas getref word. Hulle word gebruik in detektors vir straling, spektroskopie, sterrekunde, en mediese beeldvorming.

Fotone-spektroskopie:

Hierdie tegniek gebruik fotonas om die chemiese samestelling en elektroniese struktuur van materialen te analiseer. Dit behels die beskynning van 'n straal fotonas (soos röntgenstrale of UV-lig) op 'n monster en die meting van die kinetiese energie en hoekverdeling van die vrygelate fotonas. Deur gebruik te maak van die beginsel van energiebehoud, kan die bindenergie van die fotonas bereken word, wat die energieniveaus van die atome en molekules in die monster weerspieël. Fotone-spektroskopie kan inligting gee oor die valentie- en kern-elektrone, die molekulêre banne, die chemiese bindinge, en die oppervlak eienskappe van materialen. Fotone-spektroskopie word wyd gebruik in fisika, chemie, biologie, en materiaalkunde.

Opsomming

In hierdie artikel het ons geleer oor fotonas en hul toepassings. Fotonas is elektrone wat uit 'n materiaal vrygelaat word wanneer dit ligenergie bo 'n sekere drempelfrekwensie absorbeer.

Die verskynsel van foto-elektriese emissie staan bekend as die foto-elektriese effek, en dit ondersteun die kwantumteorie van lig en materie. Die foto-elektriese effek het sekere kenmerkende eienskappe wat afhang van die frekwensie en intensiteit van die lig, die arbeidsfunksie van die materiaal, en die kinetiese energie van die fotonas.

Fotonas kan gebruik word om die elektroniese struktuur en chemiese samestelling van materialen te bestudeer deur gebruik te maak van verskeie tegnieke van fotone-spektroskopie, soos röntgenfotone-spektroskopie (XPS), ultraviolette fotone-spektroskopie (UPS), hoekafhanklike fotone-spektroskopie (ARPES), twee-foton-fotone-spektroskopie (2PPE), en uiterste-ultraviolette fotone-spektroskopie (EUPS).

Fotone-spektroskopie is 'n belangrike instrument vir die begrip van die eienskappe en interaksies van atome en molekules in verskillende toestande van materie.