Ó Je to vyrobenofotoelektrické je fyzikální jev, který spočívá v emisi elektronů určitými materiály, obvykle kovovými, když jsou osvětleny elektromagnetické vlny konkrétních frekvencí. V tomto jevu je světlo chová se jako částice, přenášející energii na elektrony, které jsou vysunut z materiálu.
Shrnutí fotoelektrického jevu
Fyzikální jev objevený Heinrichem Hertzem v roce 1886;
Vysvětlil Albert Einstein v roce 1905 prostřednictvím kvantování světla navrženého Planckem v roce 1900;
Elektrony jsou vyhozeny pouze v případě, že energie dopadajících fotonů je větší nebo rovna pracovní funkci materiálu;
Kinetická energie vyhozených elektronů závisí pouze na frekvenci dopadajícího světla;
Intenzita světla ovlivňuje pouze to, kolik elektronů je každou sekundu vyhozeno.
Historie fotoelektrického jevu
Kolem roku 1886 německý fyzik Heinrichhertz (1857-1894) provedli několik experimentů, aby prokázali existenci elektromagnetické vlny. Aby to udělal, Hertz produkoval výboje mezi dvěma elektrodami a příležitostně si uvědomil, že když je osvětlena, katoda je schopna produkovat intenzivnější elektrické výboje. Hertz, aniž by to věděl, objevil fotoelektrický efekt prostřednictvím emise
paprskykatoda.Dva roky po Hertzových pozorováních J.J. Thomson dokázal, že částice emitované osvětlenými deskami byly elektrony. Proto, thomson prokázal, že poměr náboje k hmotnosti (e / m) katodových částic byl stejný jako u náboje elektrony- částice, které sám objevil před několika lety.
Dívej setaky: Objev elektronu
V roce 1903 Hertzův asistent, PhilippLenard, vyvinul řadu experimentů za účelem vytvoření a vztah mezi intenzita světla a elektronová energie Vydal Lenard k závěru, že mezi oběma věcmi neexistuje závislost, což se podle tehdejších znalostí fyziky dalo očekávat. O rok později, Schweilder dokázal dokázat, že kinetická energie elektronů opouštějících kovové desky byla přímo úměrná frekvenci světla, která je osvětlovala.
Získané výsledky experimentálně odporovaly klasické teorii elektromagnetismus a stal se velkou výzvou pro tehdejší fyziky asi na 18 let. V roce 1905, Einstein využil návrh předložený Planck, uspokojivě vysvětlující úkon z fotoelektrický efekt. Nazývá se návrh, který používá Einstein kvantování elektromagnetického pole. V roce 1900 se Planck všemožně snažil vysvětlit problém s černým tělem, a byl schopen to udělat pouze tím, že navrhl, že světlo bylo kvantováno, to znamená, že mělo energetické hodnoty násobky menšího množství. Ačkoli Planck pochopil, že jeho čin byl pouze matematickým zařízením schopným vysvětlit jev fyzik, Einstein věřil, že světlo bylo skutečně vytvořeno velkým počtem částic obdarovaných energie. V budoucnu by takové částice mohly být nazývány fotony.
Po zveřejnění článku o fotoelektrickém jevu získal Einstein v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku.
Dozvědět se více o:Co jsou fotony?
Vzorce
Podle korpuskulární teorie světla, navržené Planckem a použité Einsteinem k vysvětlení účinku fotoelektrické, světlo se skládá z velkého počtu fotonů - nehmotných částic, které nesou malé množství. Napájení. Tato energie je úměrná frekvenci světla a také Planckově konstantě (h = 6,662,10-34 J.s), jak je znázorněno v následující rovnici:
A - fotonová energie
H - Planckova konstanta
F - světelná frekvence
Pokud je energie fotonu dostatečně velká, může vytrhnout elektrony z materiálu. Kinetickou energii vysunutého elektronu lze vypočítat pomocí následující rovnice:
K. - kinetická energie elektronů
A - fotonová energie
Φ - pracovní funkce
Podle výše uvedeného výrazu závisí kinetická energie získaná elektrony (K) na energii dopadajících fotonů (E) a také na Φ (obsazenípráce). Toto množství měří množství potenciální energie, kterou jsou elektrony vázány k materiálu, je to minimální energie potřebná k jejich vytažení. Proto je veškerá přebytečná energie přenášena na elektrony ve formě energiekinetika. Zde je důležité si uvědomit, že kinetická energie získaná elektrony závisí na výhradně dává frekvence dopadajícího světla a ne intenzita vyzařovaného světla.
Frekvence světla, nikoli jeho intenzita, určuje, zda budou elektrony vysunuty.
tabulka pracovních funkcí
Podívejte se na opatření pracovní funkce některých známých materiálů. Tato funkce odkazuje na minimální množství energie potřebné k vytržení elektronů z povrchu materiálu:
Materiál |
Funkce úlohy (eV) |
Hliník |
4,08 |
Měď |
4,7 |
Žehlička |
4,5 |
Platina |
6,35 |
stříbrný |
4,73 |
Zinek |
4,3 |
Experiment s fotoelektrickým efektem
Níže uvedený obrázek představuje zjednodušené schéma experimentálního uspořádání, které použil Phillip Lenard pro studium fotoelektrického jevu:
Experimentální schéma používané ke studiu fotoelektrického jevu.
Experiment sestával ze dvou paralelních kovových desek připojených k baterii. V okruhu byly ampérmetry, slouží k měření elektrického proudu mezi dvěma deskami a voltmetry, slouží k měření elektrického napětí stanoveného baterií.
Když byla tato baterie osvětlena určitými frekvencemi světla, některé elektrony byly emitovány jednou z desek, které získaly kladné náboje (katodu). Když byly elektrony zrychleny rozdílem potenciálů poskytovaným baterií, dosáhly druhé desky. Tento elektrický proud byl měřen ampérmetrem.
Lenard si všiml, že se zvyšující se intenzitou světla každou sekundu vystřelovalo více elektronů. Avšak udržováním konstantní frekvence světla vyzařovaného světelným zdrojem se energie, s níž byly elektrony vyhozeny, nezměnila. Podívejte se na níže uvedený graf:
Saturační proud odpovídá počtu elektronů vystřelených osvětlenou deskou každou sekundu.
Výše uvedený obrázek se týká elektrický proud produkovaný elektrony, vysunutými jednou deskou a zachycenou druhou deskou, s elektrický potenciál mezi nimi. Použitím tohoto potenciálu dosáhly elektrony, které právě opustily desku, i s nulovou kinetickou energií, na druhou desku. Když všechny vysunuté elektrony dosáhnou druhé desky, elektrického proudu je nasycený, to znamená, že to zůstane konstantní. Je vidět, že saturační proud závisí na intenzita světla: čím větší je intenzita světla, tím větší je elektrický proud vytvářený mezi deskami.
Při aplikaci opačného elektrického potenciálu se však za účelem zpoždění pohybu elektronů, které jdou z jedné desky na druhou, pozoruje, že existuje minimální elektrický potenciál (PROTI0), volala řezný potenciál, přičemž žádný elektron nemůže dosáhnout na druhou desku. To naznačuje, že kinetická energie, s níž elektrony opouštějí desky, nezávisí na intenzitě světla. Maximální kinetickou energii elektronů lze vypočítat pomocí následující rovnice:
K. - maximální kinetická energie elektronů
a - základní zatížení (1.6.10-19 C)
PROTI0 - řezný potenciál
Electron-Volt
Jelikož moduly kinetické energie elektronů mají moduly příliš nízké na to, aby mohly být měřeny v Joulech, tato měření energie se běžně provádějí v jiné mnohem menší jednotce, elektronový volt (eV). Elektron-volt je množství elektrické potenciální energie, kterou zažívá nabitá částice s nejnižší existující hodnotou náboje, základní poplatek, když je umístěn v oblasti elektrického potenciálu rovného 1 V. Proto je 1 eV ekvivalentní s 1.6.10-19 J.
Kromě elektronového voltu je běžné používat předpony jako: keV (kiloelektrony-volty, 103 eV), Me v (Megaelectron-Volts, 106 eV), TeV (teraelectron-Volts, 109 eV) atd.
Technologické aplikace fotoelektrického jevu
Na základě vysvětlení fotoelektrického jevu se objevilo několik technologických aplikací. Nejznámější z nich jsou snad fotovoltaické články. Tyto buňky jsou základní jednotkou solární panelyprostřednictvím nich je to možné převést The světelná energie v elektrický proud. Podívejte se na seznam hlavních vynálezů založených na fotoelektrickém jevu:
Fotovoltaické články;
Relé;
snímače pohybu;
Fotorezistory.
vyřešená cvičení
1) Látka, když je osvětlena fotony o 4 eV, je schopná vyvrhnout elektrony s energií 6 eV. Určete modul pracovní funkce takové látky.
Řešení:
K výpočtu této veličiny použijeme rovnici pracovní funkce, poznámka:
Pokud se kinetická energie vysunutých elektronů (K) rovná 6 eV a energie dopadajících fotonů (E) rovná 4 eV, budeme mít:
Podle provedeného výpočtu je pracovní funkce tohoto materiálu, tj. Minimální energie pro vysunutí elektronů, 2 eV.
2) Když osvětlíme kovovou desku, jejíž pracovní funkce je 7 eV, pozorujeme vysunutí elektronů s energiemi 4 eV. Určit:
a) energie dopadajících fotonů;
b) frekvence dopadajících fotonů.
Řešení:
a) Určíme energii fotonů dopadajícího světla pomocí pracovní funkce:
B) K výpočtu frekvence fotonů můžeme použít následující rovnici:
Na základě údajů poskytnutých cvičením budeme mít následující výpočet:
Autor: Rafael Hellerbrock
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-fotoeletrico.htm
