FOTOELEKTRICK JEV Vzjemn psoben zen a ltky Pi

FOTOELEKTRICKÝ JEV

Vzájemné působení záření a látky Při zkoumání vzájemného působení záření a látky byl v 19. století objeven fotoelektrický jev (fotoefekt). • Bylo zjištěno, že dopadající záření uvolňuje z povrchu některých látek elektrony, které pak mohou přenášet elektrický proud v obvodu. 1/17

Fotoelektrický jev • upevníme k elektroskopu zinkovou destičku • nabijeme ji záporným nábojem • po osvětlení elektrickým obloukem nebo ultrafialovým zářením se bude vybíjet • ozáříme-li nenabitou destičku, nabíjí se kladně • dopadající záření uvolňuje z povrchu destičky elektrony. 2/17

Fotoelektrický jev • Podle způsobu vzniku elektronů vlivem dopadajícího elektromagnetického záření se rozlišuje: • vnější fotoefekt (fotoemise)– elektrony uvolňovány z povrchu materiálu • vnitřní fotoefekt – elektrony uvolňovány uvnitř materiálu 3/17

Vnější fotoefekt fotonka záření dopadající na katodu uvolněné elektrony skrz záporně nabitou mřížku elektrony s dostatečnou energií se dostanou až na anodu • vzniká elektrický proud, měříme galvanometrem • množství fotoelektronů je závislé na intenzitě záření • energie elektronů závislá na frekvenci • • • 4/17

Fotoefekt podle kvantové hypotézy elmag. záření se chová jako soubor částic – energie – hybnost • rychlost světla c • lze přiřadit relativistickou nulovou klidovou hmotnost (1) • velikost hybnosti (2) 6/17

Mezní frekvence • mezní frekvence f 0 + mezní vlnová délka λ 0 • elektrony se uvolňují při této dané frekvenci (a vyšší) • vyšší frekvence → elektrický proud přímo úměrný intenzitě dopadajícího záření • Albert Einstein v roce 1905 využil Planckovy hypotézy 5/17

Fotoefekt (3) • každé kvantum předá svou energii hf vždy jednomu elektronu ® uvolnění elektronu = výstupní práce Wv ® kinetická energie elektronu Ek 7/17

Einsteinova rovnice pro fotoefekt: (4) • mezní frekvence odpovídá uvolnění elektronu s nulovou kinetickou energií (5) • kvantum záření o frekvenci • f < f 0 nedostatečná energie k vykonání výstupní práce • f ≥ f 0 elektrony z kovu uvolňovány • jeden foton → jeden emitovaný elektron 8/17 applet

Experimentální měření Planckovy konstanty • vyleštěný fotocitlivý materiál • světelné paprsky → fotoelektrony → el. potenciál → kinetická energie (hodnota elektrického náboje) → h = 6, 57 × 10− 34 J·s (R. A. Millikan v roce 1916) • znalost Planckovy konstanty s přesností 10 -7 9/17

Praktické použití • vnější fotoefekt – fotodioda – detektory – elektronové násobiče, fotonásobiče • vnitřní fotoefekt – fotometry, expozimetry – CCD panely – solární panely 10/17

CCD panel • snímání obrazové informace • videokamery, digitální fotoaparáty, faxy, scannery, čtečky čárových kódů… • Charge-Coupled Device • praktická aplikace fotoefektu • konstrukce – lineární (čtečky čárových kódů, …) – plošné (digitální fotoaparáty, …) 11/17 applet

Příklad Jaká je minimální frekvence elektromagnetického záření, kterým je třeba ozářit povrch niklu, aby nastal vnější fotoelektrický jev? Výstupní práce elektronů z niklu je 5 e. V (1 e. V = 1, 6. 10 -19 J, Planckova konstanta je 6, 626. 10 -34 J. s). 12/17

Řešení 13/17

Příklad Může nastat fotoelektrický jev při dopadu viditelného světla na zinek? Výstupní práce elektronů ze zinku je asi 4 e. V (1 e. V = 1, 6. 10 -19 J, Planckova konstanta je 6, 626. 10 -34 J. s, rychlost světla ve vakuu je 3. 108 m. s-1, nejkratší vlnová délka viditelného světla je 390 nm). 14/17

Řešení Odpověď: Fotoelektrický jev při dopadu viditelného světla na zinek nemůže nastat. 15/17

Opakování • • • 16/17 fotoelektrický jev kvanta záření částice dopad na fotokatodu uvolnění elektronů energie kvant větší než výstupní práce přebytek energie kinetickou energií elektronu

POUŽITÉ ZDROJE 1. Štoll I. : Fyzika pro gymnázia/ Fyzika mikrosvěta, Prometheus, Praha 2008. 2. Bartuška K. : Sbírka řešených úloh z fyziky IV pro SŠ, Prometheus, Praha 2000. 3. http: //fyzika. jreichl. com 4. http: //cs. wikipedia. org 5. http: //www. freedigitalphotos. net 6. http: //olomoucky. denik. cz 7. http: //www. kof. zcu. cz/st/dp/horsky/html/2 fotoel. html 8. http: //www. aldebaran. cz/bulletin/2004_s 3. html 9. http: //www. praktikum. brejlovec. net/409. html 10. http: //ccd. mii. cz/art? id=303&lang=405 17/17 Grafická úprava a ilustrace: Marie Cíchová