O Jis pagamintasfotoelektrinis yra fizinis reiškinys, susidedantis iš tam tikrų medžiagų, dažniausiai metalinių, emisijos, kai jas apšviečia elektromagnetinės bangos specifinių dažnių. Šiame reiškinyje lengvas elgiasi kaip a dalelė, perduodama energiją elektronams, kurie yra išmestas iš medžiagos.
Fotoelektrinio efekto santrauka
Fizinis reiškinys, kurį 1886 metais atrado Heinrichas Hertzas;
Paaiškino Albertas Einšteinas 1905 m., Kiekybiškai įvertindamas šviesą, kurią 1900 m. Pasiūlė Planckas;
Elektronai išmetami tik tuo atveju, jei krintančių fotonų energija yra didesnė arba lygi medžiagos darbo funkcijai;
Išstumtų elektronų kinetinė energija priklauso tik nuo krintančios šviesos dažnio;
Šviesos intensyvumas veikia tik tai, kiek elektronų išmetama per sekundę.
Fotoelektrinio efekto istorija
Apie 1886 metus vokiečių fizikas Heinrichashercas (1857-1894) atliko keletą eksperimentų, norėdamas įrodyti, kad yra elektromagnetinės bangos. Norėdami tai padaryti, Hertzas išleido išmetimą tarp dviejų elektrodų ir kartais suprato, kad apšviestas katodas sugeba sukelti intensyvesnes elektros iškrovas. To nežinodamas, Hertzas rado fotoelektrinį efektą
spinduliaikatodas.Praėjus dvejiems metams po Hertzo pastebėjimų, J.J.Thomsonas įrodė, kad apšviestų plokščių skleidžiamos dalelės buvo elektronai. Todėl, Tomsonas įrodyta, kad katodo dalelių įkrovos ir masės (e / m) santykis buvo lygus elektronai- dalelės, kurias pats atrado keleriais metais anksčiau.
Pažiūrėktaip pat: Elektrono atradimas
1903 m. Hertzo padėjėjas, FilipasLenardas, sukūrė seriją eksperimentų, siekdamas nustatyti a santykiai tarp šviesos stiprumas ir elektronų energija išleistas, Lenardas padarė išvadą, kad tarp tų dviejų dalykų nėra priklausomybės, ko, tikėtasi, pagal to meto fizikos žinias. Po metų, Schweilderis jis sugebėjo įrodyti, kad iš metalinių plokščių išeinančių elektronų kinetinė energija buvo tiesiogiai proporcinga juos apšviečiančio šviesos dažniui.
Gauti rezultatai eksperimentiškai prieštaravo klasikinei elektromagnetizmas ir tapo dideliu iššūkiu tuo metu fizikams maždaug 18 metų. Metais 1905, Einšteinas pasinaudojo pasiūlymu, kurį pateikė Planckas, patenkinamai paaiškinanti operacija apie fotoelektrinis efektas. Vadinamas Einšteino naudojamas pasiūlymas elektromagnetinio lauko kiekybinis įvertinimas. 1900 m. Planckas visais būdais bandė paaiškinti juodo kūno problemair sugebėjo tai padaryti tik siūlydamas, kad šviesa būtų kiekybiškai įvertinta, tai yra, kad jos energijos vertės būtų dauginamos iš mažesnio kiekio. Nors Planckas suprato, kad jo žygdarbis buvo tik matematinis prietaisas, galintis paaiškinti reiškinį fizikas, Einšteinas tikėjo, kad šviesą iš tikrųjų sudaro daugybė dalelių, apdovanotų energijos. Ateityje tokios dalelės būtų pradėtos vadinti fotonai.
Paskelbęs savo straipsnį apie fotoelektrinį efektą, Einšteinas 1921 m. Buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija.
Sužinokite daugiau apie:Kas yra fotonai?
Formulės
Pagal korpuskulinę šviesos teoriją, kurią pasiūlė Planckas ir naudojo Einšteinas poveikiui paaiškinti fotoelektrinė šviesa susideda iš daugybės fotonų - be masių dalelių, kurios neša nedidelį kiekį. galia. Ši energija yra proporcinga šviesos dažniui ir Plancko konstantai (h = 6,662,10-34 J.s), kaip parodyta šioje lygtyje:
IR - fotonų energija
H - Plancko nuolatinis
f - šviesos dažnis
Jei fotono energija yra pakankamai didelė, ji gali išplėšti elektronus iš medžiagos. Išstumto elektrono kinetinę energiją galima apskaičiuoti naudojant šią lygtį:
K. - elektronų kinetinė energija
IR - fotonų energija
Φ - Darbo pobūdis
Pagal pirmiau pateiktą išraišką, kinetinė energija, kurią gauna elektronai (K), priklauso nuo krintančių fotonų energijos (E) ir nuo Φ (užsiėmimasdarbas). Šis kiekis matuoja potencialios energijos kiekį, kuriuo elektronai jungiasi su medžiaga, tai yra mažiausia energija, reikalinga jiems ištraukti. Todėl visa perteklinė energija elektronams perduodama pavidalu energijoskinetika. Čia svarbu suvokti, kad kinetinė energija, kurią įgyja elektronai, priklauso nuo išimtinai duoda krintančios šviesos dažnis o ne skleidžiamos šviesos intensyvumas.
Šviesos dažnis, o ne jos intensyvumas lemia, ar elektronai bus išstumti.
darbo funkcijų lentelė
Patikrinkite priemonė kai kurių žinomų medžiagų darbo funkcija. Ši funkcija nurodo minimalus kiekis energijos, reikalingos elektronams išplėšti nuo medžiagos paviršiaus:
Medžiaga |
Darbo funkcija (eV) |
Aliuminis |
4,08 |
Varis |
4,7 |
Geležis |
4,5 |
Platina |
6,35 |
sidabras |
4,73 |
Cinkas |
4,3 |
Fotoelektrinio efekto eksperimentas
Stebėkite toliau pateiktą paveikslą, jame pateikiama supaprastinta eksperimentinio išdėstymo schema, kurią naudojo Phillipas Lenardas fotoelektrinio efekto tyrimui:
Eksperimentinė schema, naudojama tiriant fotoelektrinį efektą.
Eksperimentą sudarė dvi lygiagrečios metalinės plokštės, sujungtos su baterija. Grandinėje buvo ampermetrai, naudojami elektros srovei tarp dviejų plokščių matuoti ir voltmetrai, naudojamas akumuliatoriaus nustatytai elektros įtampai matuoti.
Kai šią bateriją apšvietė tam tikri šviesos dažniai, kai kuriuos elektronus skleidė viena iš plokščių, kuri įgijo teigiamus krūvius (katodą). Paspartinus akumuliatoriaus teikiamą potencialų skirtumą, elektronai pasiekė kitą plokštelę. Ši elektros srovė buvo matuojama ampermetru.
Lenardas pastebėjo, kad didėjant šviesos intensyvumui, kiekvieną sekundę išstumiama daugiau elektronų. Tačiau išlaikant pastovų šviesos šaltinio skleidžiamos šviesos dažnį, energija, su kuria buvo išstumti elektronai, nepakito. Pažvelkite į žemiau pateiktą diagramą:
Sodrumo srovė atitinka elektronų, kuriuos kiekvieną sekundę išstumia apšviesta plokštė, skaičių.
Aukščiau pateiktas paveikslas susijęs su elektros srovė kurį gamina elektronai, kuriuos išstumia viena plokštė ir užfiksuoja kita plokštė, su elektrinis potencialas nustatyta tarp jų. Taikydami šį potencialą, elektronai, kurie ką tik išėjo iš plokštės, net ir turėdami nulinę kinetinę energiją, pasiekė kitą plokštelę. Kai visi išstumti elektronai pasiekia kitą plokštelę, elektros srovė yra prisotintas, tai jis pradeda likti pastovus. Galima pastebėti, kad prisotinimo srovė priklauso nuo šviesos stiprumas: kuo didesnis šviesos intensyvumas, tuo didesnė elektros srovė susidaro tarp plokščių.
Tačiau taikant priešingą elektrinį potencialą, norint atitolinti elektronų, einančių iš vienos plokštės į kitą, judėjimą, pastebima, kad yra minimalus elektrinis potencialas (V0), paskambino pjovimo potencialas, kai joks elektronas negali pasiekti kitos plokštės. Tai rodo, kad kinetinė energija, su kuria elektronai palieka plokštes, nepriklauso nuo šviesos intensyvumo. Maksimalią elektronų kinetinę energiją galima apskaičiuoti naudojant šią lygtį:
K. - didžiausia elektronų kinetinė energija
ir - pagrindinė apkrova (1.6.10-19 Ç)
V0 - pjovimo potencialas
Elektronas-įtampa
Kadangi elektronų kinetinės energijos modulių moduliai yra per maži, kad būtų galima juos matuoti džauliais, šie energijos matavimai paprastai atliekami kitame daug mažesniame vienete, elektronvoltas (eV). Elektronas-Voltas yra elektros potencialo energijos kiekis, kurį patiria įkrauta dalelė, turinti mažiausią esamą įkrovos vertę, a pagrindinis mokestis, esant elektrinio potencialo srityje, lygioje 1 V. Todėl 1 eV atitinka 1.6.10-19 Dž.
Be elektronų voltų, įprasta naudoti tokius priešdėlius kaip: keV (kiloelektronai-voltai, 103 eV), Aš v (Megaelektronų-voltų, 106 eV), TeV (teraelektron-voltai, 109 e) ir kt.
Fotoelektrinio efekto technologiniai pritaikymai
Remiantis fotoelektrinio efekto paaiškinimu, atsirado keletas technologinių programų. Garsiausias iš jų yra galbūt fotoelektros elementai. Šios ląstelės yra pagrindiniai saulės elementai, per juos tai įmanoma Konvertuoti šviesos energija į elektros srovė. Peržiūrėkite pagrindinių išradimų, pagrįstų fotoelektriniu efektu, sąrašą:
Fotoelektrinės ląstelės;
Relės;
judesio jutikliai;
Fotorezistoriai.
sprendė pratimus
1) Medžiaga, apšviesta 4 eV fotonais, gali išmesti elektronus, kurių energija yra 6 eV. Nustatykite tokios medžiagos darbo funkcijos modulį.
Rezoliucija:
Norėdami apskaičiuoti šį kiekį, naudosime darbo funkcijos lygtį, atkreipkite dėmesį:
Jei išstumtų elektronų (K) kinetinė energija lygi 6 eV, o krintančių fotonų energija (E) lygi 4 eV, turėsime:
Pagal atliktą skaičiavimą, šios medžiagos darbo funkcija, tai yra, minimali energija elektronams išstumti, yra 2 eV.
2) Apšvietę metalinę plokštelę, kurios darbo funkcija yra 7 eV, mes stebime elektronų išstūmimą 4 eV energijomis. Nustatyti:
a) krintančių fotonų energija;
b) krintančių fotonų dažnis.
Rezoliucija:
a) Nustatykime krintančių šviesos fotonų energiją per darbo funkciją:
B) Norėdami apskaičiuoti fotonų dažnį, galime naudoti šią lygtį:
Atsižvelgdami į pratimo pateiktus duomenis, turėsime tokį skaičiavimą:
Autorius Rafaelis Hellerbrockas
Šaltinis: Brazilijos mokykla - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-fotoeletrico.htm
