O See on tehtudfotoelektriline on füüsikaline nähtus, mis koosneb elektronide emissioonist teatud materjalide poolt, tavaliselt metallist, kui neid valgustatakse elektromagnetlained konkreetsete sageduste osas. Selle nähtuse korral on valgus käitub nagu a osake, edastades energiat elektronidele, mis on välja visatud materjalist välja.
Kokkuvõte fotoelektrilisest efektist
Füüsiline nähtus, mille avastas Heinrich Hertz 1886. aastal;
Albert Einstein selgitas seda 1905. aastal Plancki poolt 1900. aastal pakutud valguse kvantimise kaudu;
Elektronid väljutatakse ainult siis, kui langevate footonite energia on suurem või võrdne materjali tööfunktsiooniga;
Väljutatud elektronide kineetiline energia sõltub ainult langeva valguse sagedusest;
Valguse intensiivsus mõjutab ainult seda, kui palju elektrone sekundis väljutatakse.
Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)
Fotoelektrilise efekti ajalugu
Umbes 1886. aastal Saksa füüsik Heinrichherts (1857-1894) viisid läbi mitu katset, et demonstreerida elektromagnetlained
. Selleks tekitas Hertz kahe elektroodi vahelist tühjendust ja mõnikord mõistis ta, et valgustatuna oli katood võimeline tekitama intensiivsemaid elektrilisi väljalaskeid. Hertz oli seda teadmata avastanud fotoelektrilise efekti kiiredkatood.Kaks aastat pärast Hertzi tähelepanekuid J.J.Thomson tõestasid, et valgustatud plaatide eraldatavad osakesed olid elektronid. Seetõttu tomson tõestas, et katoodi osakeste laengu ja massi suhe (e / m) oli võrdne katoodi osakeste laengu ja massi (e / m) suhtega elektronid- tema enda poolt mõni aasta varem avastatud osakesed.
Vaataka: Elektroni avastamine
1903. aastal oli Hertzi assistent, PhilippLenard, välja töötatud rida katseid, et luua a suhe vahel valgustugevus ja elektronenergia välja antud, jõudis Lenard järeldusele, et nende kahe asja vahel ei olnud mingit sõltuvust, mida tolleaegsete füüsikateadmiste kohaselt oli oodata. Aasta hiljem Schweilder ta suutis tõestada, et metallplaatidelt lahkuvate elektronide kineetiline energia oli otseselt proportsionaalne neid valgustava valguse sagedusega.
Saadud tulemused olid eksperimentaalselt vastuolus klassikalise teooriaga elektromagnetism ja sellest sai tollal füüsikute jaoks suur väljakutse umbes 18 aastat. Aastal 1905, Einstein ära kasutanud Planck, selgitades rahuldavalt operatsiooni kohta fotoelektriline efekt. Einsteini kasutatud ettepanek nimetatakse elektromagnetvälja kvantimine. Aastal 1900 püüdis Planck igati seletada musta keha küsimus, ja suutis seda teha ainult soovitusega, et valgus kvantiseeriti, see tähendab, et selle energiaväärtused olid väiksema hulga kordsed. Kuigi Planck mõistis, et tema saavutus oli ainult matemaatiline seade, mis on võimeline nähtust selgitama füüsik, uskus Einstein, et valgus koosneb tõepoolest suurest osakesest, millel on energia. Tulevikus hakataks selliseid osakesi kutsuma footonid.
Pärast fotoelektrilist efekti käsitleva artikli avaldamist pälvis Einstein 1921. aastal Nobeli füüsikaauhinna.
Lisateave:Mis on footonid?
Valemid
Plancki pakutud ja Einsteini poolt efekti selgitamiseks kasutatud valguse korpuskulaarse teooria järgi fotoelektriline, valgus koosneb suurest arvust footonitest - massita osakestest, mis kannavad väikest kogust. võim. See energia on proportsionaalne valguse sageduse ja ka Plancki konstandiga (h = 6,662,10-34 J.s), nagu on näidatud järgmises võrrandis:
JA - footonenergia
H - Plancki konstant
f - valgussagedus
Kui footoni energia on piisavalt suur, võib see elektronidest materjali välja rebida. Väljutatud elektroni kineetilist energiat saab arvutada järgmise võrrandi abil:
K - elektronide kineetiline energia
JA - footonenergia
Φ - tööfunktsioon
Ülaltoodud avaldise kohaselt sõltub elektronide (K) omandatud kineetiline energia langevate footonite (E) energiast ja ka Φ (okupatsioontöö). See kogus mõõdab potentsiaalse energia hulka, mille kaudu elektronid materjaliga seonduvad, see on minimaalne energia, mis on vajalik nende väljatõmbamiseks. Seetõttu kantakse kogu liigne energia elektronidesse elektronide kujul energiakineetika. Siinkohal on oluline mõista, et elektronide omandatud kineetiline energia sõltub eranditult annab langeva valguse sagedus ja mitte kiiratava valguse intensiivsust.
Elektroni väljutamine määrab valguse sagedus, mitte selle intensiivsus.
tööfunktsioonide tabel
Tutvuge mõõta mõnede teadaolevate materjalide tööfunktsioon. See funktsioon viitab minimaalne kogus energia, mis on vajalik elektronide materjali pinnalt rebimiseks:
Materjal |
Tööfunktsioon (eV) |
Alumiinium |
4,08 |
Vask |
4,7 |
Raud |
4,5 |
Plaatina |
6,35 |
Hõbe |
4,73 |
Tsink |
4,3 |
Fotoelektrilise efekti katse
Vaadake allolevat joonist. Selles on toodud fotoelektrilise efekti uurimiseks Phillip Lenardi kasutatud eksperimentaalse korralduse lihtsustatud skeem:
Fotoelektrilise efekti uurimiseks kasutatud katseskeem.
Katse koosnes kahest paralleelsest metallplaadist, mis olid ühendatud akuga. Ringrajas olid ampermeetrid, kasutatakse kahe plaadi vahelise elektrivoolu mõõtmiseks ja voltmeetrid, mida kasutatakse aku tekitatud elektripinge mõõtmiseks.
Kui seda akut valgustasid teatud valgussagedused, emiteeris üks elektrone üks plaat, mis omandas positiivsed laengud (katood). Aku poolt pakutava potentsiaalierinevusega kiirendades jõudsid elektronid teise plaadini. Seda elektrivoolu mõõdeti ampermeetriga.
Lenard märkas, et valguse intensiivsuse suurenemisega väljutati iga sekundiga rohkem elektrone. Valgusallika poolt kiiratava valguse sagedust konstantsena hoides ei muutunud aga energia, millega elektronid väljutati. Vaadake allolevat diagrammi:
Küllastusvool vastab valgustatud plaadi poolt sekundis väljutatavate elektronide arvule.
Ülaltoodud joonis on seotud elektrivool toodetud elektronide poolt, mis on ühe plaadi väljutatud ja teise plaadi poolt kinni püütud elektriline potentsiaal nende vahel loodud. Selle potentsiaali rakendamisel jõudsid äsja plaadilt lahkunud elektronid isegi kineetilise energia nulli korral teise plaadini. Kui kõik väljutatud elektronid jõuavad teise plaadini, siis elektrivool on küllastunud, see tähendab, et see jääb alles pidev. Näha on, et küllastusvool sõltub valgustugevus: mida suurem on valgustugevus, seda suurem on plaatide vahel tekkiv elektrivool.
Kuid vastupidise elektrilise potentsiaali rakendamisel täheldatakse ühelt plaadilt teisele kulgevate elektronide liikumise viivitamiseks, et minimaalne elektriline potentsiaal (V0), helistas lõikepotentsiaal, kusjuures ükski elektron ei pääse teisele plaadile. See näitab, et kineetiline energia, millega elektronid plaatidelt lahkuvad, ei sõltu valguse intensiivsusest. Elektronide maksimaalset kineetilist energiat saab arvutada järgmise võrrandi abil:
K - elektronide maksimaalne kineetiline energia
ja - põhikoormus (1.6.10-19 Ç)
V0 - lõikepotentsiaal
Elektron-Volt
Kuna elektronide kineetilise energia moodulitel on džaulides mõõtmiseks liiga madalad moodulid, tehakse neid energia mõõtmisi tavapäraselt teises palju väiksemas elektronvolt (eV). Elektronvolt on elektrilise potentsiaalenergia kogus, mida kogeb väikseima olemasoleva laengu väärtusega laetud osake a põhimõtteline laeng, kui see asetatakse elektrilise potentsiaali piirkonda, mis on võrdne 1 V-ga. Seetõttu võrdub 1 eV väärtusega 1.6.10-19 J.
Lisaks elektronvoltile on tavaline kasutada selliseid eesliiteid nagu: keV (kiloelektrone-volte, 103 eV), Mina v (Megaelektron-volt, 106 eV), TeV (teraelektron-volte, 109 eV) jne.
Fotoelektrilise efekti tehnoloogilised rakendused
Fotoelektrilise efekti selgitamise põhjal tekkis mitu tehnoloogilist rakendust. Kõige kuulsam neist on võib-olla fotogalvaanilised elemendid. Need lahtrid on päikesepaneelid, nende kaudu on see võimalik teisendada The valgusenergia aastal elektrivool. Tutvuge fotoelektrilisel efektil põhinevate peamiste leiutiste loendiga:
Fotovoltalised elemendid;
Releed;
liikumisandurid;
Fototakistid.
lahendatud harjutused
1) Aine, kui seda valgustavad 4 eV footonid, on võimeline väljutama elektrone, mille energia on 6 eV. Määrake sellise aine tööfunktsiooni moodul.
Resolutsioon:
Selle koguse arvutamiseks kasutame tööfunktsiooni võrrandit, märkus:
Kui väljutatud elektronide (K) kineetiline energia on võrdne 6 eV ja langevate footonite energia (E) 4 eV, on meil:
Tehtud arvutuse järgi on selle materjali tööfunktsioon ehk minimaalne energia elektronide väljutamiseks 2 eV.
2) Kui valgustame metallplaati, mille tööfunktsioon on 7 eV, jälgime elektronide väljutamist energiatega 4 eV. Tehke kindlaks:
a) langevate footonite energia;
b) langevate footonite sagedus.
Resolutsioon:
a) Määrame langeva valguse footonite energia tööfunktsiooni abil:
B) Footonite sageduse arvutamiseks võime kasutada järgmist võrrandit:
Võttes arvesse harjutuse andmeid, on meil järgmine arvutus:
Autor Rafael Hellerbrock
