Zjawisko fotoelektryczne - wzory
Do uwolnienia elektronu potrzebna jest energia W, inna dla każdego metalu, nazywana pracą wyjścia.
Dostarczyć jej może elektronowi tylko taki foton, którego energia hv jest równa pracy wyjścia lub większa od niej, czyli :
hv >= W
Fotony o mniejszej energii nie spowodują emisji elektronów. Jeśli energia fotonu jest większa od pracy wyjścia, to foton nie tylko wybije elektron z metalu,ale też nada mu energię kinetyczną.Możemy ją obliczyć,korzystając z prawa zachowania energii:
energia fotonu = praca wyjścia + energia kinetyczna fotoelektronu
hv = W + Ek
Z tego równania wynika że :
Ek = hv - W
Jeśli energia fotonu jest równa pracy wyjścia, to foton wywoła efekt fotoelektryczny, wybijając elektron z metalu, ale nie nada mu energii kinetycznej.
Częstotliwość promieniowania złożonego z fotonów o takiej energii nazywamy częstotliwością graniczną i oznaczamy zwykle v0. Zatem warunek wywołania efektu fotoelektrycznego dla metalu o pracy wyjścia W ma postać:
hv0 = W
skąd:
v0 = W/h
Jako ciekawostkę na koniec dodam, że światło ma naturę dualną korpuskularno-falową (kwantowo-falową), ponieważ w niektórych zjawiskach zachowuje się jak fala, a w innych (np. zjawisku fotoelektrycznym) jak wiązka fotonów.
Wyjaśnienie Einstena
W 1905 roku Albert Einstein podał proste wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego. W 1922 roku otrzymał za to Nagrodę Nobla.
Einstein przyjął założenie że światło jest wiązką fotonów o masie równej zeru, energi E=hv i pędzie o wartości p=h*v/c, poruszających się w próżni z szybkością światła c=3*108 m/s.
Zjawisko fotoelektryczne opisał równaniem :
hv= W+Ek
energia fotonu = praca wyjścia + energia kinetyczna fotoelektronu
Dzięki wyjaśnieniu Einsteina dowiedziono, że o natężeniu światła decyduje liczba fotonów wysyłanych przez źródło w jednostce czasu.
To oznacza, że im większe jest natężenie światła, tym więcej fotonów pada na fotokatodę w jednostce czasu, powodując wybicie z jej powierzchni większej liczby elektronów, ponieważ każdy foton wybija z metalu jeden elektron.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, zwane inaczej efektem fotoelektrycznym polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem padającego na metal promieniowania elektromagnetycznego.
Emitowane elektrony nazywamy fotoelektronami.
Przykładem zastosowania zjawiska fotoelektrycznego w praktyce jest komórka fotoelektryczna nazywana w skrócie fotokomórką
Fotokomórki od ponad 80 lat odgrywają olbrzymią rolę w nauce oraz w innych dziedzinach życia. Są stosowane w technice (film,telewizja), w przemyśle elektronicznym,spożywczym, farmaceutycznym, maszynowym, a także w sporcie i w życiu codziennym.
Współcześnie stosowane fotokomórki to głównie urządzenia półprzewodnikowe, natomiast tradycyjna fotokomórka jest próżniową bańką szklaną, w której znajdują się dwie elektrody - ujemna katoda zwana fotokatodą i dodatnia anoda
Fotokatoda to napylona na wewnętrznej ścianie bańki warstwa metalu alkalicznego, z którego pod wpływem promieniowania są emitowane elektrony
Anoda to drut wtopiony w obudowę bańki
Po oświetleniu fotokatody następuje emisja elektronów z jej powierzchni. Opuszczające katodę elektrony poruszają się w stronę dodatniej anody pod wpływem działającej na nie wypadkowej siły elektrycznej. Kiedy dotrą do anody, obwód zostaje zamknięty i płynie w nim prąd elektryczny.
Budowa fotokomórki :
Na podstawie licznych badań oraz eksperymentów stwierdzono że :
- liczba fotoelektronów emitowanych w jednostce czasu zależy od natężenia promieniowania padającego na fotokatodę
-energia kinetyczna fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania wywołującego efekt fotoelektryczny
-energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia promieniowania padającego na fotokatodę
Stała Plancka
W 1900 roku Max Planck, niemiecki fizyk wprowadził pojęcie kwantu, czyli porcji energi, i sformułował hipotezę, że promieniowanie elektromagnetyczne przenosi energię kwantami.
Energia pojedynczego kwantu jest proporcjonalna do częstotliwości promieniowania i wyraża się wzorem :
E = hν
gdzie h≈ 6,63 * 10-34 J*s jest stałą którą nazywamy stałą Plancka
Witaj!
Witamy!
Na naszej stronie mogą państwo znaleźć informacje na temat Fizyki Atomowej. Będziemy tu zamieszczać wszelkie podstawowe informacje na temat tego zagadnienia. Szczególnie polecamy tą stronę, uczniom liceów oraz przyszłym maturzystom. Myślę za ta strona będzie dla was bardzo przydatna!