ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE ZEWNĘTRZNE

Urszula Kondraciuk, Grzegorz Witkowski

informatyka + 2

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Na wstępie omówimy doświadczenie:

  

Płytkę glinową łączymy z elektroskopem.

Płytkę elektryzujemy ujemnie (dotykając ją potartą laską ebonitową).

Kierujemy na płytkę wiązkę światła z lampy kwarcowej.

informatyka + 3

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Zauważamy, że po naświetleniu płytki światłem, wskazówka elektroskopu opadnie, co świadczy o utracie nadmiaru elektronów.

Wniosek: światło ma zdolność wybijania elektronów z metalu.

informatyka + 4

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Zjawisko wybijania (emisji) elektronów promieniowania z tycznego nazywamy powierzchni metalu na skutek padającego elektromagne zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym .

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

ŹRÓDŁO: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f5/Photoelectric_effect.svg/250px-Photoelectric_effect.svg.png

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Dla niektórych metali emisja elektronów występuje, gdy pada światło widzialne (rubid, cez – I grupa główna) a dla innych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego.

ŹRÓDŁO: http://www.up.krakow.pl/pozyton/old/pics/rok_fizyki/f_foto.jpg

FOTOKOMÓRKA

Do zbadania zjawiska fotoelektrycznego służy

fotokomórka .

ŻRÓDŁO: http://fizyka.net.pl/ciekawe_pytania/ciekawe_pytania35/pytanie180.gif

FOTOKOMÓRKA

Jest to wewnątrz elektrody: próżniowa której bańka znajdują

•

katoda (fotokatoda);

•

anoda (fotoanoda).

szklana, się dwie Fotokatodę stanowi napylona na wewnętrznej metalu alkalicznego (najczęściej cezu).

Fotoanoda ściance bańki warstwa to drut wtopiony w obudowę bańki.

JAK DZIAŁA FOTOKOMÓRKA

Gdy światła, nastąpi wybicie przez to światło elektronów z katody. Wybite z katody elektrony gromadzą się w jej pobliżu i w zależności od potencjałów elektrod będą przepływać ku anodzie, powodując tym samym na katodę przepływ skierujemy przez prądu o odpowiednim natężeniu.

wiązkę fotokomórkę

ZASTOSOWANIE FOTOKOMÓRKI

Fotokomórka znalazła szerokie zastoso wanie w nauce, technice oraz w życiu codziennym.

temperatury w Wykorzystuje zamkniętym się ją w termostatach (do utrzymania stałej pomiesz czeniu), otwieraniu włączaniu drzwi, i wyłączaniu np.

oświetlenia ulicznego, latarni morskich, pomiarach czasu w biegach.

TEORIA KWANTÓW

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne zostało wyjaśnione przez Eisteina w 1905 roku za pomocą teorii kwantów zwanych tez fotonami. Teorię tę zapoczątkował Planck.

ŹRÓDŁO: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Alb ert_Einstein_Head.jpg

TEORIA KWANTÓW

Według tej teorii promieniowanie o częstotliwości υ polega na rozchodzeniu się określonych porcji energii: zwanych kwantami lub fotonami.

Współczynnik Plancka jest h = 6.62 x 10 promieniowania dla -34 Js wszystkich zwany stałą rodzajów elektromagnetycznego taki sam.

TEORIA KWANTÓW

Ze wzoru Einsteina równoważność masy i energii: wyrażającego z w/w wzorów obliczamy przyporządkowaną fotonowi: masę zatem:

TEORIA KWANTÓW

Pęd fotonu: Foton jest specyficzną cząstką. Nie posiada masy spoczynkowej – nie może istnieć w spoczynku.

Porusza się z prędkością c fali elektromagne tycznej.

DUALIZM KORPUSKULARNO - FALOWY

Wyjaśnienie wymaga innego wcześniej.

Dotąd zjawiska spojrzenia traktowane fotoelektrycznego na było światło niż jako fala elektromagnetyczna, fizyków założenia o natomiast dwoistej, obecnie jako strumień – wiązka fotonów. Fakt, że światło zachowuje się w jednych zjawiskach jak fala, a w innych jak wiązka fotonów (maleńkich korpuskuł, kwantów), spowodował przyjęcie przez czyli dualnej naturze światła. Mówimy, że światło ma naturę korpuskularno – falową lub kwantowo – falową.

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Foton o energii pada na metal, gdzie zderza się z elektronem. Foton przekazuje swą energię elektronowi, sam w ten sposób unicestwia się (ginie). Pobrana energia jest wykorzystywana na wyrwanie elektronu z metalu (ta część energii zwana jest pracą wyjścia W).

Nadwyżka energii pozostaje w postaci energii kinetycznej.

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Zgodnie z prawem zachowania energii powyższe równanie przedstawia wzór Einsteina:

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO

gdzie: h – stała Plancka 6.62 x 10 fotoelektryczne m – masa elektronu V – szybkość elektronu -34 Js υ – częstotliwość promieniowania wywołującego zjawisko W – praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO W przypadku granicznym: Foton o częstotliwości granicznej powoduje jedynie wyrwanie elektronu z metalu.

Elektron nie uzyskuje energii kinetycznej.

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Energia kinetyczna fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania powodującego efekt fotoelektryczny.

E k υ 1 υ 2 υ 3 υ ŹRÓDŁO: materiały własne

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Za pomocą teorii korpuskularnej możemy wytłumaczyć podawane powyżej fakty: Ilość emitowanych z katody elektronów jest wprost proporcjonalna do natężenia padającego światła

– im większe jest wybijanych przez te fotony.

jest natężenie światła, tym więcej fotonów pada na katodę, a tym więcej elektronów

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Prędkość emitowanego elektronu nie zależy od natężenia

natężenie

światła,

światła, to

a zależy od częstotliwości tego światła – jeden foton

może wybić tylko jeden elektron. Większe większa liczba fotonów, ale prędkość wybijanego elektronu zależy od energii jednego fotonu.

WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO

Większa liczna fotonów nie wpływa, zatem na efekt oddziaływania jednego fotonu na jeden elektron.

Prędkość emitowanego elektronu uderzającego w dany elektron, a ta zależy od barwy, czyli częstotliwości padającego światła.

zależy od energii fotonu