FOTOEFEKT Atomi lahko preidejo iz osnovnega v vzbujeno

FOTOEFEKT

Atomi lahko preidejo iz osnovnega v vzbujeno stanje z absorpcijo svetlobe z ustrezno valovno dolžino. Če osvetljuje atom svetloba, pri kateri je energija fotonov večja od ionizacijske energije: h∙ > Wi (vodik: Wi = 13, 6 e. V), se pri absorpciji trgajo elektroni od atomov. Ta pojav imenujemo FOTOEFEKT. (Ionizacijska energíja (tudi ionizacijski potencial) je najmanjša energija, ki jo je treba dovesti, da atomu ali molekuli odtrgamo elektron. ) NALOGA: Kakšna svetloba mora osvetljevati helij, da pride do fotoefekta. Ionizacijska energija pri heliju je 20, 46 e. V. Do fotoefekta pride, če osvetljujemo helij s svetlobo z < 61 nm (UV). Fotoefekt bi lahko opazovali tako, da bi merili električno prevodnost plinov. Ob pojavu fotoefekta bi prej neprevoden plin začel prevajati.

V mejnem primeru, ko Wf = Wi, sta pozitivni ion in elektron po fotoefektu brez energije. Ko pa je Wf > Wi, dobi elektron presežek energije (Wk). Velja: OPAZOVANJE FOTOEFEKTA V FOTOCELICI V fotocelici imamo na svetlobo občutljivo katodo (negativna elektroda) in kovinsko anodo (pozitivna elektroda). Anodo vežemo na pozitivni pol vira napetosti, katodo pa osvetlimo z enobarvno svetlobo. Steče tok, ki je premosorazmeren s svetlobnim tokom.

Tudi če vira napetosti ni, teče po krogu majhen tok zaradi elektronov, ki izstopajo iz katode s tolikšno energijo, da dosežejo anodo. Prav to energijo pa želimo določiti. V ta namen zamenjamo pola napetosti. Sedaj el. polje zavira gibanje elektronov. Napetost povečujemo do napetosti U 0, ko tok preneha teči. Velja: delo zaviralne el. sile na elektrone (na poti od katode k anodi) je enako kinetični energiji s katero izstopajo iz katode najhitrejši elektroni: Osvetljujemo lahko s svetlobo različnih valovnih dolžin in opazujemo kinetično energijo izbitih elektronov. Sledi graf:

Določiti želimo še mejno frekvenco 0 svetlobe, pri kateri je fotoefekt še mogoč. V mejnem primeru mora biti energija fotona enaka ionizacijski oz. izstopni energiji: Mejna valovna dolžina je tedaj:

VAJE 1. Kolikšna je energija fotonov svetlobe z valovno dolžino 400 nm in kolikšna fotonov z valovno dolžino 700 nm? a) = 400 nm = c / = 7, 50. 1014 s-1 W = h = 3, 10 e. V b) = 700 nm = c / = 4, 29. 1014 s-1 W = h = 1, 77 e. V 2. Fotoni imajo energijo 3, 7 e. V. Kolikšna je valovna dolžina svetlobe? W = 3, 7 e. V Wf = h = Wf / h = 8, 948. 1014 s-1 = c / = 335 nm

3. Kolikšna je mejna valovna dolžina za fotoefekt pri kovini, ki ima izstopno (ionizacijsko) energijo 2, 9. 10 -19 J?

4. Ko osvetljujemo kovinsko katodo v fotocelici s svetlobo z valovno dolžino 380 nm, izstopijo iz nje elektroni z maksimalno kinetično energijo 1, 1 e. V. Kolikšna je izstopna energija za elektrone v kovini?