L’effetto fotoelettrico e…………
Il giovane Einstein pubblicò sugli Annalen der
Physik un articolo intitolato Su un punto di vista
euristico riguardo all'emissione e
trasformazione della luce, come contributo alla
nascita della fisica quantistica.
"Se la radiazione monocromatica, di
densità sufficientemente bassa si comporta
…[da un punto di vista termodinamico]…
come un mezzo discontinuo consistente di
quanti di energia, è plausibile investigare se
le leggi sull'emissione e trasformazione
della luce siano anch'esse compatibili con
la supposizione che la luce consista di
siffatti quanti di energia".
Einstein propose che la luce
dovesse essere composta da un
insieme di quanti di luce che si
comportano come le particelle di
un
gas.
La teoria corpuscolare della luce
era
stata
abbandonata
nell'Ottocento a causa di tutte le
prove che fino ad allora erano
state accumulate a favore della
teoria ondulatoria e della sua
adeguatezza a spiegare fenomeni
fisici
quali
riflessione,
rifrazione,
interferenza,
diffrazione, dispersione, ecc.
Egli esamina tre fenomeni:
•la fotoluminescenza
•la ionizzazione dei gas da parte
di luce ultravioletta
•l'emissione dei raggi catodici da
solidi
irraggiati
(effetto
fotoelettrico)
In tutti e tre i casi Einstein
mostra che la sua ipotesi è
capace
di
spiegare
comportamenti noti e prevedere
altri comportamenti verificabili
in seguito con l'esperienza.
In
particolare,
l'effetto
fotoelettrico è quello che ha avuto
la maggior importanza storica, e
infatti il premio Nobel fu conferito
ad Einstein nel 1921.
Area dell’immagine Supporto di ceramica, metallo o plastica
Connettori
Connessioni
Piedini
Registro seriale
Strato di silicio
Amplificatore
L’area destinata a raccogliere i fotoni si trova sul piano
focale del telescopio. La distribuzione di fotoni che
costituisce una immagine viene convertita in una
distribuzione di cariche elettriche sul CCD. Al termine
dell’esposizione le cariche sono trasferite pixel per pixel
grazie al registro seriale fino all’amplificatore. I
collegamenti elettrici sono fatte tramite piedini e
connessioni posizionati sui bordi del CCD.
Il CCD è usato come elemento “sensibile” di uno
spettrometro UV-Vis (GASCOD, Gas Analyzer
Sepctrometer Correlating Optical Differences) per la
misura della radiazione solare in Atmosfera. Da queste
misure, tramite metodi di calcolo (DOAS) e modelli di
trasferimento radiativo (RTM) è possibile ricavare le
concentrazioni di numerosi gas in atmosfera
Spettrometro GASCOD
Istituto di Scienze dell’atmosfera e
del clima
http://www.isac.cnr.it
Area della ricerca di bologna
Gruppo di Trasferimento radiativo
e gas in traccia in atmosfera
http://www.isac.cnr.it/~trasfene
Consiglio Nazionale delle Ricerche
http://www.cnr.it
ne
foto
Energia crescente
L’effetto fotoelettrico è alla base del
funzionamento dei CCD. Gli
Banda di conduzione
elettroni negli atomi di silicio si
trovano in livelli quantizzati di
1.26eV
energia. Il livello di energia più bassa
si chiama banda di valenza, mentre
buca
Banda di valenza
elettrone
il livello più alto si chiama banda di
conduzione.
La maggior parte degli elettroni si trova nella banda di valenza, ma possono
passare alla banda di conduzione se il sistema viene riscaldato o assorbe fotoni.
L’energia necessaria alla transizione è di 1.26 eV. Una volta che l’elettrone
raggiunge la banda di conduzione è libero di muoversi nel silicio. L’elettrone
lascia nello strato di valenza una “buca” che agisce come portatore di carica
positiva. In assenza di un campo elettrico esterno l’elettrone e la buca si
ricombinano rapidamente. Nei CCD si introduce un campo elettrico esterno in
modo da prevenire la ricombinazione.
ne
foto
COS’E’ UN CCD?
I CCD (Charge Coupled Devices) sono stati inventati negli anni
’70. La loro eccezionale sensibilità ha fatto sì che in campo
astronomico abbiano sostituito completamente le lastre
fotografiche come dispositivi di acquisizione delle immagini. I
CCD convertono i fotoni in cariche elettriche all’interno di uno
strato di silicio. Queste cariche vengono misurate, digitalizzate e
salvate in un file immagine su un computer.
