FOTOEFEKTA S Ukmergs r Taujn gimnazija Paulius Ramoka

FOTOEFEKTA S Ukmergės r. Taujėnų gimnazija Paulius Ramoška, II g. klasė Fizikos mokytoja Diana Žeruolienė 2015

2 TURINYS Fotoefekto raudonoji riba Mokslininkai Fotono energija Taikymas UŽDAVINIŲ SPRENDIMO PAVYZDŽIAI Fotoefektas Bandymai Testas Fotonai Fotoefektas Informacijos šaltiniai

3 FOTONAI Vokiečių fizikas Maksas Plankas spėjo, kad atomai ir molekulės spinduliuoja ir sugeria šviesą tam tikromis porcijomis — kvantais, kurie buvo pavadinti fotonais • Fotonas, kaip ir dalelė, turi masę. • Nejudėdamas fotonas neegzistuoja (fotono rimties masės m 0 = 0), o atsiradęs iš karto įgyja greitį c. Fotoefektas

4 FOTONO ENERGIJA arba Fotono energija E yra tiesiogiai proporcinga šviesos bangos dažniui f. h — Planko konstanta h = 6, 63 · 10 -34 J · s Fotoefektas Fotono energija E yra atvirščiai proporcinga šviesos bangos ilgiui λ. c — šviesos greitis vakuume c = 3· 108 m/s

5 ĮVAIRAUS DAŽNIO ŠVIESOS BANGŲ VIENO FOTONO ENERGIJA Šviesos spalva Virpesių dažnis, THz Fotono energija, J Raudona 483 0, 32· 10 -18 Oranžinė 508 0, 34· 10 -18 Geltona 536 0, 36· 10 -18 Žalia 600 0, 40· 10 -18 Žydra 625 0, 41· 10 -18 Mėlyna 666 0, 44· 10 -18 Violetinė 789 0, 52· 10 -18 Ilgesnių šviesos bangų fotonų energija mažesnė negu trumpesnių. Fotoefektas

6 IŠVADA • Kuo didesnis šviesos dažnis, tuo didesnė fotono energija. • Kuo didesnis šviesos bangos ilgis, tuo mažesnė fotono energija. Fotoefektas

7 FOTOEFEKTAS 1887 m. vokiečių mokslininkas Heinrichas Hercas pastebėjo, kad įelektrintos metalinės plokštelės, apšviestos ultravioletine šviesa, išsielektrina greičiau. Ultravioletiniai spinduliai išplėšia iš plokštelės paviršiaus elektronus. Teigiamai įelektrinta plokštelė Neigiamai įelektrinta plokštelė Išplėštus elektronus traukia Išplėštus elektronus stumia, todėl elektrometras prie savęs ir šie grįžta atgal. išsielektrina. Fotoefektas

8 FOTOEFEKTAS • Kvantinę šviesos teoriją patvirtinantis reiškinys. • Elektronų išplėšimas iš medžiagos, kurią veikia šviesa • Fotoefekto reiškinį 1905 m. , remdamasis Planko fotonų teorija, puikiai paaiškino garsusis Albertas Eišteinas. Fotoefektas

9 FOTOEFEKTO LYGTIS Fotono energija Fotoefektas Elektrono išlaisvinimo darbas Elektrono kinetinė energija

10 Fotoefektas

11 FOTOEFEKTO RAUDONOJI RIBA • Kiekvienoje medžiagoje fotoefektas vyksta tik tada, kai: • krintančios šviesos dažnis yra didesnis už tam tikrą (mažiausią) vertę • fotono energija didesnė už išlaisvinimo darbą Fotoefektas arba

12 Vokiečių mokslininkas Maksas Plankas Laikomas kvantinės mechanikos tėvu, ir vienu svarbiausiu XX a. fiziku. 1918 m. už kvanto atradimą Plankui buvo paskirta Nobelio premija. Fotoefektas Vokiečių mokslininkas Heinrichas Hercas Pirmasis gavo elektromagnetines bangas. Šis atradimas patvirtino elektromagnetinę šviesos teoriją. Fiziko garbei 1930 m. pavadintas SI sistemos dažnio matavimo vienetas (hercas). Vokiečių mokslininkas Albertas Einšteinas Sukūrė visiškai naują mokslą apie erdvę ir laiką — specialiąją reliatyvumo teoriją. Už fotoefekto teorijos sukūrimą 1921 m. paskirta Nobelio premija.

13 FOTOEFEKTO TAIKYMAS • Šiuo reiškiniu pagrįstas praktikoje plačiai taikomų fotoelementų veikimas. fotoelementų • Fotoelementai naudojami: • skaičiuotuvuose, • televizijoje vaizdo signalams paversti elektriniais, • prietaisuose, kurie automatiškai išjungia ir įjungia gatvių apšvietimo sistemas, saugo darbininkus nuo traumų ir pan. Fotoefektas

14 SAULĖS BATERIJOS • Saulės baterijų gaminama elektros energija (12 - 24 V) patenka į keitiklį (inverterį), kuris pagamina 220 V elektros įtampą. • Norint elektros energija pasinaudoti ir vakare ar apniukusią dieną — reikalingi saulės baterijų akumuliatoriai. • Visą saulės elektrinės darbą kontroliuoja mikroprocesorinis valdiklis. Fotoefektas

15 BANDYMAS • Šis modelis yra kompiuterinis eksperimentas išorinio fotoefekto dėsniams patikrinti. • Šiame eksperimente galėsite nustatyti fotoefekto raudonąją ribą, apskaičiuoti elektronų išlaisvinimo iš medžiagos darbą, nustatyti stabdymo įtampą ir apskaičiuoti Planko konstantą. • Norėdami atlikti bandymą spauskite čia. Fotoefektas

16 BANDYMAS Fotoefektas

Fotoefektas 17 UŽDUOČIŲ SPRENDIMO PAVYZDŽIAI 1 UŽDAVINYS 3 UŽDAVINYS 2 UŽDAVINYS

18 1 UŽDAVINYS Elektromagnetinės bangos ilgis 5 · 10 -7 m. Apskaičiuokite jos fotono energiją. Fotoefektas

19 2 UŽDAVINYS Fotoelektronai išlekia iš metalo paviršiaus, turėdami 4, 5· 10 -20 J kinetinės energijos. Jų išlaisvinimo darbas lygus 7, 6· 10 -19 J. Kokio bangos ilgio šviesa krinta į metalo paviršių? Fotoefektas

20 3 UŽDAVINYS Kalio fotoefekto raudonoji riba lygi 6, 2· 10 -5 cm. Apskaičiuokite elektrono išlaisvinimo iš kalio darbą. Fotoefektas

21 TESTAS • Testą sudarys 10 klausimų. • Kiekvienas klausimas yra sudarytas iš 4 atsakymo variantų, bet tik vienas yra teisingas. • Atsakymo variantą pasirinkite paspaudę ant jūsų manymu teisingo atsakymo. Fotoefektas

22 1 KLAUSIMAS Kuris iš toliau išvardintų fotoefekto apibrėžimų yra teisingas? A. Fotoefektas — tai šviesos sukeltas reiškinys, kuris patvirtina, kad šviesa – tai fotonų srautas. B. Fotoefektas – Tai elektronų išplėšimas iš medžiagos, veikiant šviesai. C. Fotoefektas – tai elektronų spinduliavimas iš šviesa įkaitinto metalo paviršiaus. D. A-C punktuose teisingo atsakymo nėra. Fotoefektas Kitas klausimas

23 2 KLAUSIMAS Kuri iš žemiau pateiktų formulių atitinka fotono energiją? A. hf B. h/λ C. mc² D. hf/c ² Fotoefektas Kitas klausimas

24 3 KLAUSIMAS Fotono energija yra lygi 0, 16 a. J. Koks jo dažnis? A. 140 THz B. 300 THz C. 230 THz D. 240 THz Fotoefektas Kitas klausimas

25 4 KLAUSIMAS Fotono energija lygi 2·10 -17 J. Koks yra bangos ilgis? A. 9, 9·10 -9 m B. 6, 4·10 -8 m C. 9, 9·109 m D. 5·10 -8 m Fotoefektas Kitas klausimas

26 5 KLAUSIMAS Kokių spindulių fotono energija yra 4·10 -19 J? A. Ultravioletinių spindulių (UV) B. Infraraudonųjų spindulių (IR) C. Rentgeno spindulių D. Teisingas atsakymas nepateiktas Fotoefektas Kitas klausimas

27 6 KLAUSIMAS Kokia yra fotono energija, kai bangos ilgis lygus 5·10 -7 m ? A. 3·10 -19 J B. 40·10 -16 J C. 4·10 -19 J D. 5·10 -19 J Fotoefektas Kitas klausimas

28 7 KLAUSIMAS Koks yra bangos ilgis, kai fotono energija lygi 2, 4 a. J? A. 63 nm B. 83 nm C. 13 nm D. 43 nm Fotoefektas Kitas klausimas

29 8 KLAUSIMAS Kurį iš žemiau išvardytų reiškinių galima paaiškinti kvantine šviesos teorija? A. Fotoefektą B. Šviesos difrakciją C. Miražų susidarymą D. Radioaktyvumą Fotoefektas Kitas klausimas

30 9 KLAUSIMAS Šviesos šaltinis skleidžia šviesą. Kada pasikeis šios šviesos fotonų energija? A. Kai keisime šviesos šaltinio spinduliavimo intensyvumą. B. Kai fotonų srautas veiks skirtingus kūnus. C. Kai keisime šviesos šaltinio dažnį. D. Kai keisime šviesą skeidžiančio įkaitusio kūno sužadinimo būdą. Fotoefektas Kitas klausimas

31 10 KLAUSIMAS Kuris iš fotonų srautų turi mažesnę energiją? A. Raudonos šviesos B. Violetinės šviesos C. Ultravioletinės šviesos D. Gama spindulių Fotoefektas Kitas klausimas

32 Atsakėte teisingai! Fotoefektas Grįžti

33 Atsakėte neteisingai, teisingas atsakymas — A Fotoefektas Grįžti

34 Atsakėte neteisingai, teisingas atsakymas — B Fotoefektas Grįžti

35 Atsakėte neteisingai, teisingas atsakymas — C Fotoefektas Grįžti

36 Atsakėte neteisingai, teisingas atsakymas — D Fotoefektas Grįžti

37 INFORMACIJOS ŠALTINIAI • • • Vl. Valentinavičius Fizika 10 klasei. — K. , 2006. Vl. Valentinavičius, Z. Šliavaitė Fizika 10 klasei. — K. , 2010. http: //lt. wikipedia. org/wiki/Max_Planck http: //mkp. emokykla. lt/imo/lt/mo/367/ http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/lt/thumb/b/b 2/Photocele_uvv 4 a. jpg/200 px. Photocele_uvv 4 a. jpg http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/lt/thumb/a/aa/Photocele_cg 4. jpg/200 px-Photocele_cg 4. jpg http: //www. mokslon. lt/wp-content/uploads/naujienos/kaip-veikia-saules-baterijos. jpg http: //www. interjeras. lt/tl_files/catalogs/news/2012 metai/Spalis/EKO/IMG_1108. JPG http: //www. schoolphysics. co. uk/age 1619/Quantum%20 physics/text/Photoelectric_effect/index. html? PHPSESSID=b 8 fa 1 ac 4 f 3073 e 77 ff 1 cc 2039741676 b Fotoefektas