Ö Yapıldıfotoelektrik tarafından aydınlatıldığında, genellikle metalik olan belirli malzemeler tarafından elektron emisyonundan oluşan fiziksel bir olgudur. elektromanyetik dalgalar belirli frekanslarda. Bu fenomende, hafif gibi davranır parçacık, enerjiyi elektronlara aktaran, fırlatılmış malzemenin dışında.
Fotoelektrik etki hakkında özet
1886'da Heinrich Hertz tarafından keşfedilen fiziksel fenomen;
Albert Einstein tarafından 1905'te, Planck tarafından 1900'de önerilen ışığın nicemlenmesi yoluyla açıklanmıştır;
Elektronlar, yalnızca gelen fotonların enerjisi, malzemenin iş fonksiyonundan büyük veya ona eşitse fırlatılır;
Fırlatılan elektronların kinetik enerjisi sadece gelen ışığın frekansına bağlıdır;
Işık yoğunluğu yalnızca her saniye kaç elektronun atıldığını etkiler.
Fotoelektrik etkinin tarihi
1886'da Alman fizikçi Heinrichhertz (1857-1894) varlığını kanıtlamak için çeşitli deneyler yaptı. elektromanyetik dalgalar. Bunu yapmak için, Hertz iki elektrot arasında deşarjlar üretti ve bazı durumlarda, aydınlatıldığında katodun daha yoğun elektrik deşarjları üretebildiğini fark etti. Hertz, farkında olmadan, fotoelektrik etkiyi, emisyon yoluyla keşfetmişti.
ışınlarkatot.Hertz'in gözlemlerinden iki yıl sonra, JJ Thomson aydınlatılmış plakalardan yayılan parçacıkların elektron olduğunu kanıtladı. Bu nedenle, Thomson katot parçacıklarının yük/kütle (e/m) oranının, elektronlar— birkaç yıl önce kendisi tarafından keşfedilen parçacıklar.
BakAyrıca: Elektronun keşfi
1903'te Hertz'in asistanı, PhilippLenard, oluşturmak için bir dizi deney geliştirdi. ilişki arasında ışık şiddeti ve elektron enerjisi Lenard, o zamanki fizik bilgisine göre beklenen iki şey arasında bir bağımlılık olmadığı sonucuna vardı. Bir yıl sonra, Schweilder metalik plakaları terk eden elektronların kinetik enerjisinin onları aydınlatan ışığın frekansıyla doğru orantılı olduğunu kanıtlayabildi.
Deneysel olarak elde edilen sonuçlar klasik teori ile çelişiyordu. elektromanyetizma ve o zamanlar yaklaşık 18 yıl boyunca fizikçiler için büyük bir zorluk haline geldi. yılında 1905, Einstein tarafından sunulan bir öneriden yararlanılmıştır. Plancktatmin edici bir şekilde açıklayan operasyon nın-nin fotoelektrik etki. Einstein tarafından kullanılan önermeye denir. elektromanyetik alanın kuantizasyonu. 1900 yılında Planck, her şekilde siyah cisim sorunuve bunu ancak ışığın nicelleştirildiğini, yani daha küçük bir niceliğin katları olan enerji değerlerine sahip olduğunu öne sürerek yapabildi. Planck, başarısının yalnızca bir fenomeni açıklayabilecek matematiksel bir cihaz olduğunu anlamış olsa da Einstein, ışığın gerçekten çok sayıda parçacıktan oluştuğuna inanıyordu. enerji. Gelecekte, bu tür parçacıklar fotonlar.
Fotoelektrik etki hakkındaki makalesinin yayınlanmasından sonra Einstein, 1921'de Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
Daha fazla bilgi edinin:fotonlar nedir?
formüller
Planck tarafından önerilen ve Einstein tarafından etkiyi açıklamak için kullanılan cisimcikler teorisine göre fotoelektrik, ışık çok sayıda fotondan oluşur - küçük bir miktar taşıyan kütlesiz parçacıklar. güç. Bu enerji, ışığın frekansı ve ayrıca Planck sabiti (h = 6.662.10) ile orantılıdır.-34 J.s), aşağıdaki denklemde gösterildiği gibi:
VE — foton enerjisi
H — Planck sabiti
f - ışık frekansı
Bir fotonun enerjisi yeterince büyükse, elektronları malzemeden koparabilir. Fırlatılan bir elektronun kinetik enerjisi aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:
K - elektronların kinetik enerjisi
VE — foton enerjisi
Φ - Görev tanımı
Yukarıdaki ifadeye göre, elektronların (K) kazandığı kinetik enerji, gelen fotonların (E) enerjisine ve ayrıca Φ (Meslekiş). Bu miktar, elektronların malzemeye bağlı olduğu potansiyel enerji miktarını ölçer, onları çıkarmak için gereken minimum enerjidir. Bu nedenle, tüm fazla enerji elektronlara şeklinde aktarılır. enerjikinetik. Burada elektronlar tarafından kazanılan kinetik enerjinin şunlara bağlı olduğunu anlamak önemlidir. münhasıran verir gelen ışık frekansı ve yayılan ışığın yoğunluğu değil.
Elektronların fırlatılıp atılmayacağını, ışığın yoğunluğu değil frekansı belirler.
çalışma fonksiyon tablosu
Kontrol et ölçmek Bilinen bazı malzemelerin iş fonksiyonu. Bu işlev, minimum miktar Elektronların malzemenin yüzeyinden koparılması için gereken enerji:
Malzeme |
İş fonksiyonu (eV) |
Alüminyum |
4,08 |
Bakır |
4,7 |
Demir |
4,5 |
Platin |
6,35 |
Gümüş |
4,73 |
Çinko |
4,3 |
Fotoelektrik etki deneyi
Aşağıdaki şekle bakın, fotoelektrik etkinin incelenmesi için Phillip Lenard tarafından kullanılan deneysel düzenlemenin basitleştirilmiş bir şemasını sunar:
Fotoelektrik etkiyi incelemek için kullanılan deneysel şema.
Deney, bir bataryaya bağlı iki paralel metal plakadan oluşuyordu. devrede vardı ampermetreler, iki plaka arasındaki elektrik akımını ölçmek için kullanılır ve voltmetreler, akünün oluşturduğu elektrik voltajını ölçmek için kullanılır.
Bu pil belirli ışık frekanslarıyla aydınlatıldığında, pozitif yükler (katot) alan plakalardan biri tarafından bazı elektronlar yayıldı. Pilin sağladığı potansiyel farkla hızlandırıldığında elektronlar diğer plakaya ulaştı. Bu elektrik akımı ampermetre ile ölçülmüştür.
Lenard, artan ışık yoğunluğu ile her saniye daha fazla elektronun atıldığını fark etti. Ancak, ışık kaynağı tarafından yayılan ışığın frekansı sabit tutulduğunda, elektronların fırlatıldığı enerji değişmedi. Aşağıdaki tabloya bakın:
Doyma akımı, her saniye aydınlatılan plaka tarafından çıkarılan elektronların sayısına karşılık gelir.
Yukarıdaki şekil ilgili elektrik akımı elektronlar tarafından üretilir, bir plaka tarafından fırlatılır ve diğer plaka tarafından yakalanır. elektrik potansiyeli arasında kurulmuştur. Bu potansiyeli uygulayarak, plakayı yeni terk eden elektronlar, sıfır kinetik enerji ile bile diğer plakaya ulaştı. Tüm fırlatılan elektronlar diğer plakaya ulaştığında, elektrik akımı doymuş, yani kalmaya başlar sabit. Görülebilecek olan, doyma akımının aşağıdakilere bağlı olduğudur. ışık şiddeti: Işık şiddeti arttıkça plakalar arasında oluşan elektrik akımı da artar.
Ancak zıt bir elektrik potansiyeli uygulandığında bir levhadan diğerine giden elektronların hareketini geciktirmek için bir minimum elektrik potansiyeli (V0), aranan kesme potansiyeli, böylece hiçbir elektron diğer plakaya ulaşamaz. Bu, elektronların plakalardan ayrıldığı kinetik enerjinin ışık yoğunluğuna bağlı olmadığını gösterir. Elektronların maksimum kinetik enerjisi aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:
K - elektronların maksimum kinetik enerjisi
ve — temel yük (1.6.10-19 Ç)
V0 - kesme potansiyeli
Elektron-Volt
Elektronların kinetik enerji modülleri Joule cinsinden ölçülemeyecek kadar düşük modüllere sahip olduğundan, bu enerji ölçümleri rutin olarak çok daha küçük bir başka birimde yapılır. elektron volt (eV). Elektron-Volt, mevcut en düşük yük değerine sahip yüklü bir parçacığın deneyimlediği elektriksel potansiyel enerji miktarıdır. temel yük1 V'a eşit bir elektrik potansiyeli bölgesine yerleştirildiğinde. Bu nedenle, 1 eV 1.6.10'a eşittir-19 J.
Elektron-Volt'a ek olarak, aşağıdakiler gibi öneklerin kullanılması yaygındır: keV (kiloelektron-Volt, 103 eV), ben (Megaelektron-Volt, 106 eV), TeV (teraelektron-Volt, 109 eV) vb.
Fotoelektrik etkinin teknolojik uygulamaları
Fotoelektrik etkinin açıklanmasına dayalı olarak çeşitli teknolojik uygulamalar ortaya çıkmıştır. Bunların en ünlüsü belki de fotovoltaik hücrelerdir. Bu hücreler hücrenin temel birimleridir. Solar paneller, onlar aracılığıyla mümkün dönüştürmek ışık enerjisi içinde elektrik akımı. Fotoelektrik etkiye dayalı ana icatların bir listesine göz atın:
Fotovoltaik hücreler;
Röleler;
hareket sensörleri;
Fotodirençler.
çözülmüş alıştırmalar
1) 4 eV'lik fotonlarla aydınlatılan bir madde, 6 eV enerjili elektronları fırlatma yeteneğine sahiptir. Böyle bir maddenin iş fonksiyonunun modülünü belirleyin.
çözüm:
Bu miktarı hesaplamak için iş fonksiyonu denklemini kullanacağız, not edin:
Fırlatılan elektronların (K) kinetik enerjisi 6 eV'ye ve gelen fotonların (E) enerjisi 4 eV'ye eşitse, elimizde:
Yapılan hesaba göre bu malzemenin iş fonksiyonu yani elektronları fırlatmak için gereken minimum enerji 2 eV'dir.
2) İş fonksiyonu 7 eV olan bir metalik plakayı aydınlattığımızda, 4 eV enerjili elektronların fırlatıldığını gözlemleriz. Belirleyin:
a) gelen fotonların enerjisi;
b) gelen fotonların frekansı.
Çözüm:
a) Gelen ışık fotonlarının enerjisini iş fonksiyonu ile belirleyelim:
B) Fotonların frekansını hesaplamak için aşağıdaki denklemi kullanabiliriz:
Alıştırma tarafından sağlanan verileri alarak, aşağıdaki hesaplamayı yapacağız:
Rafael Hellerbrock tarafından
Kaynak: Brezilya Okulu - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-fotoeletrico.htm