О Это сделанофотоэлектрический это физическое явление, которое состоит из испускания электронов некоторыми материалами, обычно металлическими, при освещении электромагнитные волны определенных частот. В этом явлении свет ведет себя как частица, передавая энергию электронам, которые выброшен из материала.
Резюме по фотоэлектрическому эффекту
Физический феномен, открытый Генрихом Герцем в 1886 году;
Объяснен Альбертом Эйнштейном в 1905 году посредством квантования света, предложенного Планком в 1900 году;
Электроны выбрасываются, только если энергия падающих фотонов больше или равна работе выхода материала;
Кинетическая энергия выброшенных электронов зависит только от частоты падающего света;
Интенсивность света влияет только на то, сколько электронов выбрасывается каждую секунду.
Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще кое-что;)
История фотоэлектрического эффекта
Около 1886 года немецкий физик Генрихгерц (1857-1894) провел несколько экспериментов, чтобы продемонстрировать существование
электромагнитные волны. Для этого Герц создавал разряды между двумя электродами, и иногда он понимал, что при освещении катод способен производить более интенсивные электрические разряды. Сам того не зная, Герц открыл фотоэлектрический эффект через излучение лучикатод.Через два года после наблюдений Герца Дж. Дж. Томсон доказал, что частицы, испускаемые освещенными пластинами, были электронами. Следовательно, Томсон доказал, что отношение заряда к массе (э / м) частиц катода равно таковому у электроны- частицы, открытые им самим несколькими годами ранее.
Посмотритетакже: Открытие электрона
В 1903 году помощник Герца, ФилиппЛенард, разработал серию экспериментов, чтобы установить отношение между Интенсивность света и энергия электронов Ленард пришел к выводу, что между этими двумя вещами нет никакой зависимости, чего и следовало ожидать, согласно знаниям физики того времени. Год спустя, Schweilder он смог доказать, что кинетическая энергия электронов, покидающих металлические пластины, прямо пропорциональна частоте света, который их освещал.
Полученные экспериментально результаты противоречили классической теории электромагнетизм и стала серьезной проблемой для физиков в то время около 18 лет. В год 1905, Эйнштейн воспользовались предложением, представленным Планк, удовлетворительно объясняя операция из фотоэлектрический эффект. Предложение, использованное Эйнштейном, называется квантование электромагнитного поля. В 1900 году Планк всячески пытался объяснить проблема черного тела, и смог сделать это только потому, что предположил, что свет был квантован, то есть, что он имел значения энергии, кратные меньшему количеству. Хотя Планк понимал, что его подвиг был всего лишь математическим устройством, способным объяснить феномен физик Эйнштейн считал, что свет действительно образован большим количеством частиц, наделенных энергия. В будущем такие частицы стали называть фотоны.
После публикации статьи о фотоэффекте Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике в 1921 году.
Узнайте больше о:Что такое фотоны?
Формулы
Согласно корпускулярной теории света, предложенной Планком и использованной Эйнштейном для объяснения эффекта фотоэлектрический, свет состоит из большого количества фотонов - безмассовых частиц, переносящих небольшое количество. мощность. Эта энергия пропорциональна частоте света, а также постоянной Планка (h = 6,662,10).-34 J.s), как показано в следующем уравнении:
А ТАКЖЕ - энергия фотона
ЧАС - постоянная Планка
ж - световая частота
Если энергия фотона достаточно велика, он может вырывать электроны из материала. Кинетическая энергия выброшенного электрона может быть рассчитана по следующему уравнению:
K - кинетическая энергия электронов
А ТАКЖЕ - энергия фотона
Φ - должностная функция
Согласно приведенному выше выражению, кинетическая энергия, приобретаемая электронами (K), зависит от энергии падающих фотонов (E), а также от Φ (оккупацияРабота). Эта величина измеряет количество потенциальной энергии, с помощью которой электроны связаны с материалом, это минимальная энергия, необходимая для их вытягивания. Следовательно, вся избыточная энергия передается электронам в виде энергиякинетика. Здесь важно понимать, что кинетическая энергия, приобретаемая электронами, зависит от исключительно дает частота падающего света а не интенсивность излучаемого света.
Частота света, а не его интенсивность, определяет, будут ли выброшены электроны.
таблица рабочих функций
Проверьте мера работы выхода некоторых известных материалов. Эта функция относится к минимальное количество энергии, необходимой для отрыва электронов от поверхности материала:
Материал |
Должностная функция (эВ) |
Алюминий |
4,08 |
Медь |
4,7 |
Утюг |
4,5 |
Платина |
6,35 |
Серебро |
4,73 |
Цинк |
4,3 |
Фотоэлектрический эффект эксперимент
Обратите внимание на рисунок ниже, он представляет собой упрощенную схему экспериментальной установки, использованной Филиппом Ленардом для исследования фотоэлектрического эффекта:
Схема эксперимента, использованная для исследования фотоэффекта.
Эксперимент состоял из двух параллельных металлических пластин, подключенных к батарее. В цепи было амперметры, используется для измерения электрического тока между двумя пластинами, и вольтметры, используется для измерения электрического напряжения, устанавливаемого аккумулятором.
Когда эта батарея освещалась светом определенной частоты, часть электронов испускалась одной из пластин, которая приобретала положительный заряд (катод). При ускорении разностью потенциалов, обеспечиваемой батареей, электроны достигли другой пластины. Этот электрический ток измеряли амперметром.
Ленард заметил, что с увеличением интенсивности света каждую секунду выбрасывается все больше электронов. Однако, поддерживая постоянную частоту света, излучаемого источником света, энергия, с которой испускались электроны, не изменялась. Посмотрите на диаграмму ниже:
Ток насыщения соответствует количеству электронов, выбрасываемых освещенной пластиной каждую секунду.
Рисунок выше относится к электрический ток производятся электронами, выброшенными одной пластиной и захваченными другой пластиной, причем электрический потенциал между ними. Применяя этот потенциал, электроны, которые только что покинули пластину, даже с нулевой кинетической энергией, достигли другой пластины. Когда все выброшенные электроны достигают другой пластины, электрический ток насыщен, то есть начинает оставаться постоянный. Видно, что ток насыщения зависит от Интенсивность света: чем больше сила света, тем больше электрический ток образуется между пластинами.
Однако при приложении противоположного электрического потенциала, чтобы задержать движение электронов, которые переходят от одной пластины к другой, наблюдается минимальный электрический потенциал (V0), называется режущий потенциал, в результате чего электрон не может достичь другой пластины. Это указывает на то, что кинетическая энергия, с которой электроны покидают пластины, не зависит от интенсивности света. Максимальную кинетическую энергию электронов можно рассчитать с помощью следующего уравнения:
K - максимальная кинетическая энергия электронов
а также - основная нагрузка (1.6.10-19 Ç)
V0 - режущий потенциал
Электрон-вольт
Поскольку модули кинетической энергии электронов имеют слишком низкие модули, чтобы их можно было измерить в Джоулях, эти измерения энергии обычно производятся в другом гораздо меньшем блоке, электрон-вольт (эВ). Электрон-вольт - это количество электрической потенциальной энергии, испытываемой заряженной частицей с наименьшим существующим значением заряда, a фундаментальный зарядпри размещении в области с электрическим потенциалом, равным 1 В. Следовательно, 1 эВ эквивалентно 1.6.10-19 Дж.
Помимо электрон-вольт, обычно используются такие префиксы, как: кэВ (килоэлектрон-вольт, 103 эВ), Я v (Мегаэлектронвольт, 106 эВ), ТэВ (тераэлектронвольт, 109 эВ) и т. д.
Технологические приложения фотоэлектрического эффекта
Появилось несколько технологических приложений, основанных на объяснении фотоэлектрического эффекта. Самый известный из них - это, пожалуй, фотоэлектрические элементы. Эти клетки являются основными единицами солнечные панели, через них можно конвертировать В Световая энергия в электрический ток. Ознакомьтесь со списком основных изобретений, основанных на фотоэффекте:
Фотоэлементы;
Реле;
датчики движения;
Фоторезисторы.
решенные упражнения
1) Вещество при освещении фотонами 4 эВ способно испускать электроны с энергией 6 эВ. Определите модуль работы выхода такого вещества.
разрешение:
Мы будем использовать уравнение работы выхода для вычисления этой величины, обратите внимание:
Если кинетическая энергия выброшенных электронов (K) равна 6 эВ, а энергия падающих фотонов (E) равна 4 эВ, то мы будем иметь:
Согласно сделанным расчетам работа выхода этого материала, то есть минимальная энергия для выброса электронов, составляет 2 эВ.
2) Когда мы освещаем металлическую пластину с работой выхода 7 эВ, мы наблюдаем выброс электронов с энергией 4 эВ. Определять:
а) энергия падающих фотонов;
б) частота падающих фотонов.
Разрешение:
а) Определим энергию падающих световых фотонов через работу выхода:
Б) Чтобы вычислить частоту фотонов, мы можем использовать следующее уравнение:
Взяв данные, полученные в ходе упражнения, мы получим следующий расчет:
Рафаэль Хеллерброк
