L`effetto fotoelettrico e........ - CNR Area della Ricerca di Bologna
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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.
