О. Направљено јефотоелектрични је физички феномен који се састоји од емисије електрона одређеним материјалима, обично металним, када су осветљени електромагнетни таласи специфичних фреквенција. У овом феномену светло понаша се као а честица, преносећи енергију на електроне који су избачен ван материјала.
Резиме о фотоелектричном ефекту
Физички феномен који је 1886. године открио Хеинрицх Хертз;
Објаснио Алберт Ајнштајн, 1905. године, кроз квантизацију светлости коју је предложио Планцк 1900. године;
Електрони се избацују само ако је енергија упадних фотона већа или једнака радној функцији материјала;
Кинетичка енергија избачених електрона зависи само од фреквенције упадне светлости;
Интензитет светлости утиче само на то колико се електрона избаци сваке секунде.
Историја фотоелектричног ефекта
Око 1886. немачки физичар Хеинрицххерц (1857-1894) извели су неколико експеримената како би показали постојање електромагнетни таласи. Да би то учинио, Хертз је стварао пражњења између две електроде, а повремено је схватио да је кад је осветљена, катода способна да производи јача електрична пражњења. Не знајући, Хертз је открио фотоелектрични ефекат емисијом
зракекатода.Две године након Херцових запажања, Ј.Ј. Тхомсон доказао да су честице које емитују осветљене плоче електрони. Стога, тхомсон је доказао да је однос наелектрисања и масе (е / м) честица катоде једнак односу на електрони- честице које је сам открио неколико година раније.
Гледајтакође: Откриће електрона
1903. Херцов помоћник, ПхилиппЛенард, развио серију експеримената како би установио а однос између интензитет светлости и енергија електрона издао, Ленард је закључио да између две ствари није постојала зависност, што је и било очекивано, према тадашњем знању физике. Годину дана касније, Сцхвеилдер успео је да докаже да је кинетичка енергија електрона који напуштају металне плоче била директно пропорционална фреквенцији светлости која их је осветљавала.
Резултати добијени експериментално противречили су класичној теорији електромагнетизам и постао главни изазов за физичаре у то време око 18 година. Године 1905, Ајнштајн искористио предлог који је представио Планцк, на задовољавајући начин објашњавајући операција од фотоелектрични ефекат. Позива се предлог који користи Ајнштајн квантизација електромагнетног поља. 1900. године Планцк је на све начине покушао да објасни издање црног тела, и то је могао да учини само претпостављајући да је светлост квантизована, односно да има енергетске вредности вишеструке мање количине. Иако је Планцк схватио да је његов подвиг само математички уређај способан да објасни феномен физичар, Ајнштајн је веровао да је светлост заиста настала од великог броја честица обдарених енергије. У будућности ће се такве честице називати фотони.
Након објављивања чланка о фотоелектричном ефекту, Ајнштајн је 1921. године добио Нобелову награду за физику.
Сазнајте више о:Шта су фотони?
Формуле
Према корпускуларној теорији светлости, коју је предложио Планцк, а Ајнштајн је користио да објасни ефекат фотоелектрична, светлост се састоји од великог броја фотона - честица без масе које носе малу количину. снага. Ова енергија је пропорционална фреквенцији светлости, а такође и Планцковој константи (х = 6.662.10-34 Ј.с), као што је приказано у следећој једначини:
И - енергија фотона
Х. - Планцкова константа
ф - фреквенција светлости
Ако је енергија фотона довољно велика, он може истргнути електроне из материјала. Кинетичка енергија избаченог електрона може се израчунати помоћу следеће једначине:
К. - кинетичка енергија електрона
И - енергија фотона
Φ - Функција посла
Према горњем изразу, кинетичка енергија коју су стекли електрони (К) зависи од енергије упадајућих фотона (Е), а такође и од Φ (занимањерад). Ова количина мери количину потенцијалне енергије којом су електрони везани за материјал, то је минимална енергија потребна за њихово извлачење. Због тога се сав вишак енергије преноси на електроне у облику енергијекинетика. Овде је важно схватити да кинетичка енергија коју стекну електрони зависи од тога искључиво даје фреквенција упадне светлости а не интензитет светлости која се емитује.
Фреквенција светлости, а не њен интензитет, одређује да ли ће електрони бити избачени.
табела радних функција
Погледајте мерити радне функције неких познатих материјала. Ова функција се односи на минимална количина енергије потребне да се електрони отргну са површине материјала:
Материјал |
Функција посла (еВ) |
Алуминијум |
4,08 |
Бакар |
4,7 |
Гвожђе |
4,5 |
Платина |
6,35 |
Сребро |
4,73 |
Цинк |
4,3 |
Експеримент са фотоелектричним ефектом
Обратите пажњу на доњу слику, она представља поједностављену шему експерименталног распореда, коју је користио Пхиллип Ленард, за проучавање фотоелектричног ефекта:
Експериментална шема коришћена за проучавање фотоелектричног ефекта.
Експеримент се састојао од две паралелне металне плоче повезане са батеријом. У колу су били амперметри, користи се за мерење електричне струје између две плоче, и волтметри, користи се за мерење електричног напона који успоставља батерија.
Када је ова батерија била осветљена одређеним фреквенцијама светлости, једна електрона је емитовала једна од плоча која је стекла позитивне наелектрисања (катода). Када су убрзани разликом потенцијала коју пружа батерија, електрони су стигли до друге плоче. Ова електрична струја измерена је амперметром.
Ленард је приметио да се са повећањем интензитета светлости сваке секунде избацивало више електрона. Међутим, одржавајући фреквенцију светлости коју емитује извор светлости константном, енергија којом су избачени електрони се није мењала. Погледајте графикон испод:
Струја засићења одговара броју електрона које избацује осветљена плоча сваке секунде.
Горња слика односи се на електрична струја произведени електронима, избачени једном плочом и заробљени другом плочом, са електрични потенцијал успостављена између њих. Применом овог потенцијала, електрони који су управо напустили плочу, чак и са нултом кинетичком енергијом, стигли су до друге плоче. Када сви избачени електрони дођу до друге плоче, електрична струја је засићен, односно почиње да остаје константан. Оно што се може видети је да струја засићења зависи од интензитет светлости: што је већи интензитет светлости, већа је електрична струја која се ствара између плоча.
Међутим, приликом примене супротног електричног потенцијала, како би се одгодило кретање електрона који иду са једне плоче на другу, примећује се да постоји минимални електрични потенцијал (В0), позвано потенцијал сечења, при чему ниједан електрон не може доћи до друге плоче. То указује да кинетичка енергија којом електрони напуштају плоче не зависи од интензитета светлости. Максимална кинетичка енергија електрона може се израчунати помоћу следеће једначине:
К. - максимална кинетичка енергија електрона
и - основно оптерећење (1.6.10-19 Ц)
В.0 - потенцијал сечења
Елецтрон-Волт
Будући да модули кинетичке енергије електрона имају прениске модуле да би се могли мерити у џулима, та мерења енергије се рутински врше у другој много мањој јединици, електрон-волт (еВ). Електрон-Волт је количина електричне потенцијалне енергије коју искуси наелектрисана честица са најнижом постојећом вредношћу наелектрисања, а основни набој, када се постави у област електричног потенцијала једнаку 1 В. Према томе, 1 еВ је еквивалент 1.6.10-19 Ј.
Уз електрон-волт, уобичајено је користити и префиксе као што су: кеВ (килоелектрони-волти, 103 еВ), Ја в (Мегаелектрон-волти, 106 еВ), ТеВ (тераелектрон-волти, 109 еВ) итд.
Технолошке примене фотоелектричног ефекта
Појавило се неколико технолошких примена заснованих на објашњењу фотоелектричног ефекта. Најпознатија од њих су можда фотонапонске ћелије. Ове ћелије су основне јединице соларни панели, преко њих је то могуће да га претвори Тхе светлосна енергија у електрична струја. Погледајте листу главних проналазака заснованих на фотоелектричном ефекту:
Фотоволтаичне ћелије;
Релеји;
сензори покрета;
Фотоотпорници.
решене вежбе
1) Када је супстанца осветљена фотонима од 4 еВ, способна је да избаци електроне са енергијом од 6 еВ. Одредити модул радне функције такве супстанце.
Резолуција:
За израчунавање ове величине користићемо једначину функције рада, имајте на уму:
Ако је кинетичка енергија избачених електрона (К) једнака 6 еВ, а енергија упадајућих фотона (Е) једнака 4 еВ, имаћемо:
Према извршеном прорачуну, радна функција овог материјала, односно минимална енергија за избацивање електрона, је 2 еВ.
2) Када осветлимо металну плочу чија је радна функција 7 еВ, примећујемо избацивање електрона са енергијама од 4 еВ. Одредите:
а) енергија упадајућих фотона;
б) фреквенција упадних фотона.
Резолуција:
а) Одредимо енергију фотона упадне светлости кроз радну функцију:
Б) За израчунавање фреквенције фотона можемо користити следећу једначину:
Узимајући податке добијене вежбом, имаћемо следећи прорачун:
Написао Рафаел Хеллерброцк
Извор: Бразил Сцхоол - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-fotoeletrico.htm