O Napravljeno jefotoelektrični je fizički fenomen koji se sastoji od emisije elektrona određenim materijalima, obično metalnim, kada ih osvjetljava Elektromagnetski valovi specifičnih frekvencija. U ovom fenomenu, svjetlo ponaša se poput a čestica, prenoseći energiju na elektrone koji su izbačen izvan materijala.
Sažetak o fotoelektričnom efektu
Fizički fenomen koji je 1886. otkrio Heinrich Hertz;
Objasnio Albert Einstein, 1905., kroz kvantizaciju svjetlosti koju je predložio Planck 1900;
Elektroni se izbacuju samo ako je energija upadnih fotona veća ili jednaka radnoj funkciji materijala;
Kinetička energija izbačenih elektrona ovisi samo o frekvenciji upadne svjetlosti;
Intenzitet svjetlosti utječe samo na to koliko se elektrona izbaci svake sekunde.
Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
Povijest fotoelektričnog efekta
Oko 1886. godine njemački fizičar Heinrichherc (1857. - 1894.) izveo je nekoliko pokusa kako bi pokazao postojanje Elektromagnetski valovi. Da bi to učinio, Hertz je stvarao pražnjenja između dviju elektroda, a ponekad je shvatio da je kad je osvijetljena, katoda sposobna proizvesti intenzivnija električna pražnjenja. Ne znajući, Hertz je otkrio fotoelektrični efekt emisijom
zrakekatoda.Dvije godine nakon Hertzovih opažanja, J.J. Thomson dokazao da su čestice koje emitiraju osvijetljene ploče elektroni. Stoga, thomson dokazao je da je omjer naboja i mase (e / m) čestica katode jednak onome u elektroni- čestice koje je sam otkrio nekoliko godina ranije.
Izgledtakođer: Otkriće elektrona
1903. Hertzov pomoćnik, PhilippLenard, razvio niz eksperimenata kako bi uspostavio a odnos između intenzitet svjetlosti i energija elektrona izdao, Lenard je zaključio da između te dvije stvari nije postojala ovisnost, što se i moglo očekivati, prema tadašnjem znanju fizike. Godinu dana kasnije, Schweilder uspio je dokazati da je kinetička energija elektrona koji napuštaju metalne ploče izravno proporcionalna frekvenciji svjetlosti koja ih je osvjetljavala.
Eksperimentalno dobiveni rezultati proturječili su klasičnoj teoriji elektromagnetizam i postao glavni izazov za fizičare u to vrijeme oko 18 godina. Godine 1905, Einsteina iskoristio prijedlog koji je predstavio Planck, na zadovoljavajući način objašnjavajući operacija od fotoelektrični efekt. Priziva se prijedlog koji koristi Einstein kvantizacija elektromagnetskog polja. Godine 1900. Planck je na sve načine pokušao objasniti izdanje crnog tijela, a to je mogao učiniti samo sugerirajući da je svjetlost kvantizirana, odnosno da ima energetske vrijednosti višestruke manje količine. Iako je Planck shvatio da je njegov podvig samo matematički uređaj koji može objasniti fenomen fizičar, Einstein je vjerovao da se svjetlost doista sastoji od velikog broja čestica koje su imale energije. U budućnosti će se takve čestice nazivati fotoni.
Nakon objave članka o fotoelektričnom efektu, Einstein je 1921. dobio Nobelovu nagradu za fiziku.
Saznajte više o:Što su fotoni?
Formule
Prema korpuskularnoj teoriji svjetlosti, koju je predložio Planck, a Einstein je koristio za objašnjenje učinka fotoelektrična, svjetlost se sastoji od velikog broja fotona - čestica bez mase koje nose malu količinu. vlast. Ta je energija proporcionalna frekvenciji svjetlosti, a također i Planckovoj konstanti (h = 6.662.10-34 J.s), kao što je prikazano u sljedećoj jednadžbi:
I - energija fotona
H - Planckova konstanta
f - frekvencija svjetlosti
Ako je energija fotona dovoljno velika, može istrgnuti elektrone iz materijala. Kinetička energija izbačenog elektrona može se izračunati pomoću sljedeće jednadžbe:
K - kinetička energija elektrona
I - energija fotona
Φ - funkcija posla
Prema gornjem izrazu, kinetička energija koju su stekli elektroni (K) ovisi o energiji upadajućih fotona (E), a također i o Φ (okupacijaraditi). Ova količina mjeri količinu potencijalne energije kojom su elektroni vezani za materijal, to je minimalna energija potrebna za njihovo izvlačenje. Stoga se sav višak energije prenosi na elektrone u obliku energijekinetika. Ovdje je važno shvatiti da kinetička energija koju steknu elektroni ovisi o tome isključivo daje frekvencija upadne svjetlosti a ne intenzitet svjetlosti koja se emitira.
Frekvencija svjetlosti, a ne njezin intenzitet, određuje hoće li se elektroni izbaciti.
tablica radnih funkcija
Pogledajte mjera radne funkcije nekih poznatih materijala. Ova se funkcija odnosi na minimalna količina energije potrebne da se elektroni otrgnu s površine materijala:
Materijal |
Funkcija posla (eV) |
Aluminij |
4,08 |
Bakar |
4,7 |
Željezo |
4,5 |
Platina |
6,35 |
Srebro |
4,73 |
Cinkov |
4,3 |
Pokus fotoelektričnog efekta
Obratite pažnju na donju sliku, ona predstavlja pojednostavljenu shemu eksperimentalnog rasporeda, koju je Phillip Lenard koristio za proučavanje fotoelektričnog efekta:
Eksperimentalna shema korištena za proučavanje fotoelektričnog efekta.
Pokus se sastojao od dvije paralelne metalne ploče povezane s baterijom. U krugu su bili ampermetri, koristi se za mjerenje električne struje između dviju ploča i voltmetri, koristi se za mjerenje električnog napona koji uspostavlja baterija.
Kada je ova baterija bila osvijetljena određenim frekvencijama svjetlosti, jedna od ploča emitirala je neke elektrone koji su stekli pozitivne naboje (katoda). Kad su ubrzani razlikom potencijala koju pruža baterija, elektroni su došli do druge ploče. Ova električna struja izmjerena je ampermetrom.
Lenard je primijetio da se s povećanjem intenziteta svjetlosti svake sekunde izbacivalo više elektrona. Međutim, održavajući konstantnom frekvenciju svjetlosti koju emitira izvor svjetlosti, energija kojom su izbačeni elektroni nije se promijenila. Pogledajte grafikon u nastavku:
Struja zasićenja odgovara broju elektrona koje svake sekunde izbaci osvijetljena ploča.
Gornja slika odnosi se na električna struja proizvedeni elektronima, izbačeni jednom pločom i zarobljeni drugom pločom, sa električni potencijal uspostavljena između njih. Primjenjujući ovaj potencijal, elektroni koji su upravo napustili ploču, čak i s nultom kinetičkom energijom, došli su do druge ploče. Kada svi izbačeni elektroni dođu do druge ploče, električna struja je zasićen, odnosno počinje ostati konstantno. Ono što se može vidjeti je da struja zasićenja ovisi o intenzitet svjetlosti: što je intenzitet svjetlosti veći, to je veća električna struja koja nastaje između ploča.
Međutim, kod primjene suprotnog električnog potencijala, kako bi se odgodilo kretanje elektrona koji idu s jedne ploče na drugu, uočava se da postoji minimalni električni potencijal (V.0), pozvano rezni potencijal, pri čemu nijedan elektron ne može doći do druge ploče. To ukazuje na to da kinetička energija kojom elektroni napuštaju ploče ne ovisi o intenzitetu svjetlosti. Maksimalna kinetička energija elektrona može se izračunati pomoću sljedeće jednadžbe:
K - maksimalna kinetička energija elektrona
i - temeljno opterećenje (1.6.10-19 Ç)
V0 - potencijal rezanja
Electron-Volt
Budući da moduli kinetičke energije elektrona imaju preniske module da bi se mogli mjeriti u Joulesima, ta se mjerenja energije rutinski vrše u drugoj mnogo manjoj jedinici, elektron-volt (eV). Elektron-Volt je količina električne potencijalne energije koju doživljava nabijena čestica s najnižom postojećom vrijednošću naboja, a temeljni naboj, kada se nalazi u području električnog potencijala jednakog 1 V. Stoga je 1 eV ekvivalent 1.6.10-19 J.
Uz electron-Volt, uobičajeno je koristiti i prefikse kao što su: keV (kiloelektroni-volti, 103 eV), Ja v (Megaelektron-volti, 106 eV), TeV (teraelektron-volti, 109 eV) itd.
Tehnološke primjene fotoelektričnog efekta
Pojavilo se nekoliko tehnoloških primjena temeljem objašnjenja fotoelektričnog efekta. Najpoznatija od njih su možda fotonaponske ćelije. Te su stanice osnovne jedinice solarni paneli, preko njih je to moguće pretvoriti The svjetlosna energija u električna struja. Pogledajte popis glavnih izuma na temelju fotoelektričnog efekta:
Fotovoltaične stanice;
Releji;
senzori pokreta;
Fotootpornici.
riješene vježbe
1) Kada je tvar osvijetljena fotonima od 4 eV, sposobna je izbaciti elektrone s energijom od 6 eV. Odrediti modul radne funkcije takve tvari.
Razlučivost:
Za izračun ove veličine upotrijebit ćemo jednadžbu funkcije rada, imajte na umu:
Ako je kinetička energija izbačenih elektrona (K) jednaka 6 eV, a energija upadajućih fotona (E) jednaka 4 eV, imat ćemo:
Prema izvršenom izračunu, radna funkcija ovog materijala, odnosno minimalna energija za izbacivanje elektrona, iznosi 2 eV.
2) Kada osvijetlimo metalnu ploču čija je radna funkcija 7 eV, promatramo izbacivanje elektrona s energijama od 4 eV. Odredite:
a) energija upadajućih fotona;
b) učestalost upadnih fotona.
Rješenje:
a) Odredimo energiju fotona upadnog svjetla kroz radnu funkciju:
B) Za izračunavanje frekvencije fotona možemo se poslužiti sljedećom jednadžbom:
Uzimajući podatke dobivene vježbom, imat ćemo sljedeći izračun:
Napisao Rafael Hellerbrock
