광전 효과: 역사, 공식 및 연습

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영형 만들어진다광전 특정 물질 (일반적으로 금속)에 의한 전자 방출로 구성된 물리적 현상입니다. 전자파 특정 주파수의. 이 현상에서 빛 처럼 행동 입자, 에너지를 전자로 전달합니다. 꺼냄 재료에서.

광전 효과 요약

1886 년 하인리히 헤르츠가 발견 한 물리적 현상;
1905 년에 알버트 아인슈타인이 1900 년 플랑크가 제안한 빛의 양자화를 통해 설명했습니다.
전자는 입사 광자의 에너지가 물질의 일 함수보다 크거나 같은 경우에만 방출됩니다.
방출 된 전자의 운동 에너지는 입사광의 주파수에만 의존합니다.
빛의 강도는 매초 방출되는 전자의 수에만 영향을 미칩니다.

광전 효과의 역사

1886 년경 독일 물리학 자 하인리히헤르츠 (1857-1894)의 존재를 입증하기 위해 여러 실험을 수행했습니다. 전자파. 이를 위해 Hertz는 두 전극 사이에 방전을 일으켰고, 때때로 조명을 받으면 음극이 더 강한 방전을 일으킬 수 있다는 것을 알아 차 렸습니다. 그것을 모르고 Hertz는 방출을 통해 광전 효과를 발견했습니다. 광선음극.

Hertz가 관찰 한 지 2 년 후 J.J. 톰슨 조명 된 판에서 방출되는 입자가 전자임을 증명했습니다. 따라서, 톰슨 음극 입자의 질량 대 전하 비율 (e / m)이 전자— 몇 년 전에 스스로 발견 한 입자.

보기또한: 전자의 발견

1903 년 Hertz의 비서가 필립레나드, 확립하기 위해 일련의 실험을 개발했습니다. 관계 사이 빛의 세기 그리고 전자 에너지 레나드는 당시 물리학 지식에 따르면 예상했던 두 가지 사이에 의존성이 없다고 결론을 내 렸습니다. 1 년 후 Schweilder 그는 금속판을 떠나는 전자의 운동 에너지가 그들을 비추는 빛의 주파수에 정비례한다는 것을 증명할 수있었습니다.

실험적으로 얻은 결과는 다음과 같은 고전 이론과 모순됩니다. 전자기학 약 18 년 동안 물리학 자들에게 큰 도전이되었습니다. 올해 1905, 아인슈타인 제시 한 제안을 사용 플랑크, 만족스럽게 설명 조작 의 광전 효과. 아인슈타인이 사용하는 제안은 전자기장의 양자화. 1900 년에 플랑크는 모든면에서

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흑체 문제, 그리고 빛이 양자화되었다는, 즉 더 작은 양의 배수가 에너지 값을 가졌다 고 제안함으로써 만 그렇게 할 수있었습니다. 플랑크는 그의 업적이 현상을 설명 할 수있는 수학적 장치 일 뿐이라는 것을 이해했지만 물리학자인 아인슈타인은 빛이 실제로 부여 된 많은 수의 입자에 의해 형성되었다고 믿었습니다. 에너지. 앞으로 이러한 입자는 광자.

아인슈타인은 광전 효과에 관한 기사를 발표 한 후 1921 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

다음에 대해 자세히 알아보십시오.광자는 무엇입니까?

방식

플랑크가 제안하고 아인슈타인이 효과를 설명하기 위해 사용하는 빛의 입자 이론에 따르면 광전, 빛은 많은 수의 광자로 구성되어 있으며 소량을 운반하는 무 질량 입자입니다. 힘. 이 에너지는 빛의 주파수와 플랑크 상수 (h = 6.662.10)에 비례합니다.^-34 J.s), 다음 방정식에서 볼 수 있습니다.

과 — 광자 에너지

H — 플랑크 상수

에프 — 광 주파수

광자의 에너지가 충분히 크면 물질에서 전자를 뽑아 낼 수 있습니다. 방출 된 전자의 운동 에너지는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

케이 — 전자의 운동 에너지

과 — 광자 에너지

Φ - 직무

위의 식에 따르면, 전자 (K)에 의해 획득 된 운동 에너지는 입사 광자 (E)의 에너지와 Φ (직업작업). 이 양은 전자가 물질에 결합되는 위치 에너지의 양을 측정하며, 전자를 끌어내는 데 필요한 최소 에너지입니다. 따라서 모든 초과 에너지는 다음과 같은 형태로 전자로 전달됩니다. 에너지동력학. 여기에서 전자에 의해 획득 된 운동 에너지는 다음에 의존한다는 것을 인식하는 것이 중요합니다. 독점적으로 준다 입사광 주파수 방출되는 빛의 강도가 아닙니다.

빛의 강도가 아니라 빛의 주파수에 따라 전자가 방출되는지 여부가 결정됩니다.

작업 함수 테이블

확인 법안 일부 알려진 재료의 일 함수. 이 기능은 최소 수량 물질의 표면에서 전자가 찢어지는 데 필요한 에너지 :

재료	직무 (eV)
알류미늄	4,08
구리	4,7
철	4,5
백금	6,35
은	4,73
아연	4,3

광전 효과 실험

아래 그림을 살펴보면 Phillip Lenard가 광전 효과를 연구하기 위해 사용한 실험 배열의 단순화 된 체계를 보여줍니다.

광전 효과를 연구하는 데 사용되는 실험 계획.

실험은 배터리에 연결된 두 개의 평행 한 금속판으로 구성되었습니다. 회로에는 전류계, 두 플레이트 사이의 전류를 측정하는 데 사용됩니다. 전압계, 배터리에 의해 설정된 전압을 측정하는 데 사용됩니다.

이 배터리가 특정 주파수의 빛에 의해 조명되었을 때 일부 전자는 판 중 하나에서 방출되어 양전하 (음극)를 획득했습니다. 배터리가 제공하는 전위차에 의해 가속되면 전자는 다른 판에 도달했습니다. 이 전류는 전류계로 측정되었습니다.

Lenard는 빛의 강도가 증가함에 따라 매초 더 많은 전자가 방출된다는 사실을 발견했습니다. 그러나 광원에서 방출되는 빛의 주파수를 일정하게 유지하면 전자가 방출되는 에너지는 변하지 않았습니다. 아래 차트를보십시오.

포화 전류는 매초 조명 된 플레이트에서 방출되는 전자의 수에 해당합니다.

위의 그림은 전류 전자에 의해 생성되고 한 판에서 방출되고 다른 판에서 포착됩니다. 전위 그들 사이에 설립되었습니다. 이 전위를 적용함으로써, 운동 에너지가 0이더라도 판을 떠난 전자는 다른 판에 도달했습니다. 방출 된 모든 전자가 다른 판에 도달하면 전류가 포화 상태입니다. 즉, 유지되기 시작합니다. 일정한. 볼 수있는 것은 포화 전류가 빛의 세기: 빛의 세기가 클수록 판 사이에 형성되는 전류가 커집니다.

그러나 반대 전위를 가하면 한 판에서 다른 판으로 이동하는 전자의 이동을 지연시키기 위해 최소 전위 (V₀), 호출 절단 잠재력, 전자가 다른 판에 도달 할 수 없습니다. 이것은 전자가 판을 떠나는 운동 에너지가 빛의 강도에 의존하지 않음을 나타냅니다. 전자의 최대 운동 에너지는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

케이 — 전자의 최대 운동 에너지

과 — 기본 부하 (1.6.10^-19 씨)

V₀ — 절단 잠재력

전자 볼트

전자의 운동 에너지 모듈은 줄 단위로 측정하기에는 모듈이 너무 낮기 때문에 이러한 에너지 측정은 일반적으로 훨씬 더 작은 단위 인 전자 볼트 (eV). 전자 볼트는 기존 전하 값이 가장 낮은 하전 입자가 경험하는 전위 에너지의 양입니다. 기본 요금, 1V와 동일한 전위 영역에 배치 할 때. 따라서 1eV는 1.6.10과 같습니다.^-19 제이.

electron-Volt 외에도 다음과 같은 접두사를 사용하는 것이 일반적입니다. keV (kiloelectrons-Volts, 10³ eV), 나 v (Megaelectron-Volts, 10⁶ eV), TeV (테라 전자 볼트, 10⁹ eV) 등

광전 효과의 기술적 응용

광전 효과에 대한 설명을 바탕으로 몇 가지 기술적 응용이 나타났습니다. 이들 중 가장 유명한 것은 아마도 광전지 일 것입니다. 이 세포는 태양 전지 패널, 그들을 통해 가능합니다 변환하다 그만큼 빛 에너지 에 전류. 광전 효과를 기반으로 한 주요 발명 목록을 확인하십시오.