Zjawisko fotoelektryczne zewntrzne Materiay z fizyki opracowane w

  • Slides: 13
Download presentation
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. Materiały z fizyki opracowane w ramach projektu WIEDZA I KOMPETENCJE –

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. Materiały z fizyki opracowane w ramach projektu WIEDZA I KOMPETENCJE – program podniesienia jakości oferty edukacyjnej ukierunkowanej na rozwój kompetencji kluczowych zwiększenia wykorzystania Ti. K w szkołach ogólnokształcących powiatu białostockiego

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, zwane inaczej efektem fotoelektrycznym, polega na emisji elektronów z powierzchni metalu

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, zwane inaczej efektem fotoelektrycznym, polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem padającego na ten metal promieniowania elektromagnetycznego. Emitowane elektrony nazywamy fotoelektronami. W przypadku niektórych metali zjawisko to obserwuje się, gdy na metal pada światło widzialne; w przypadku innych wywołuje je promieniowanie ultra fioletowe.

fotoelektrony światło metal

fotoelektrony światło metal

Przykładem zastosowania zjawiska fotoelektrycznego w praktyce jest komórka fotoelektryczna, nazywana w skrócie fotokomórką. Fotokomórki

Przykładem zastosowania zjawiska fotoelektrycznego w praktyce jest komórka fotoelektryczna, nazywana w skrócie fotokomórką. Fotokomórki od ponad 80 lat odgrywają olbrzymią rolę nie tylko w nauce, ale także w różnych dziedzinach życia. Stosuje się je w technice, w wielu gałęziach przemysłu: elektrycznym, spożywczym, farmaceutycznym, maszynowym, a także w sporcie i życiu codziennym.

Współcześnie stosowane fotokomórki to głównie urządzenia półprzewodnikowe. Natomiast Jak jest zbudowana fotokomórka? tradycyjna fotokomórka

Współcześnie stosowane fotokomórki to głównie urządzenia półprzewodnikowe. Natomiast Jak jest zbudowana fotokomórka? tradycyjna fotokomórka jest próżniową szklaną bańką, w której znajdują się dwie elektrody – ujemna katoda zwana fotokatodą i dodatnia anoda. Fotokatodę stanowi napylona na wewnętrznej ścianie bańki warstwa metalu alkalicznego, z którego pod wpływem promieniowania są emitowane elektrony. Anoda jest drutem wtopionym w obudowę bańki.

Przyłożenie napięcia między katodę i anodę fotokomórki, gdy na fotokatodę nie pada promieniowanie, nie

Przyłożenie napięcia między katodę i anodę fotokomórki, gdy na fotokatodę nie pada promieniowanie, nie powoduje przepływu prądu. W panującej w bańce próżni nie ma nośników ładunku elektrycznego, więc obwód jest otwarty.

elektrycznej. Gdy dotrą do anody, obwód zostaje zamknięty i płynie w nim prąd elektryczny.

elektrycznej. Gdy dotrą do anody, obwód zostaje zamknięty i płynie w nim prąd elektryczny. Badając zjawisko fotoelektryczne, fizycy szukali odpowiedzi na dwa pytania:

Zaskakujące wyniki badania zjawiska fotoelektrycznego. ● ● Stwierdzono doświadczalnie, że: Liczba fotoelektronów emitowanych w

Zaskakujące wyniki badania zjawiska fotoelektrycznego. ● ● Stwierdzono doświadczalnie, że: Liczba fotoelektronów emitowanych w jednostce czasu zależy od natężenia promieniowania padającego na fotokatodę, Energia kinetyczna fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania wywołującego efekt fotoelektryczny, ● Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia promieniowania padającego na fotokatodę. ● ● gdzie h ~6, 63*10 -34 J*s jest stałą, którą nazywamy stałą Plancka.

Wyniki eksperymentów stanowiły dla fizyków duże zaskoczenie. Niezrozumiała była przede wszystkim niezależność energii kinetycznej

Wyniki eksperymentów stanowiły dla fizyków duże zaskoczenie. Niezrozumiała była przede wszystkim niezależność energii kinetycznej emitowanych z metalu elektronów od natężenia promieniowania powodującego ten efekt. Zjawisko fotoelektryczne odkryto pod koniec XIX wieku. Znane wówczas prawa fizyki nie pozwalały na wytłumaczenie tego zjawiska i wyjaśnienie wszystkich stwierdzonych doświadczalnie faktów. Do rozwiązania problemu przyczynił się pomysł niemieckiego fizyka Maxa Plancka. W pracach, które przedstawił w 1900 roku, wprowadził pojęcie kwantu, czyli porcji energii, i sformułował hipotezę, że promieniowanie elektromagnetyczne przynosi energię kwantami. Energia pojedynczego kwantu jest proporcjonalna do częstotliwości (v) promieniowania i wyraża się wzorem: E=hv

W 1905 roku Albert Einstein korzystając z hipotezy Plancka, podał proste wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego.

W 1905 roku Albert Einstein korzystając z hipotezy Plancka, podał proste wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego. W 1922 roku otrzymał za to Nagrodę Nobla. Jak Einstein wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne? Einstein przyjął założenie, że światło jest wiązką kwantów o masie równej zeru, energia E=hv i pędzie o wartości p=h*v/c, poruszających się w próżni z szybkością światła c=3*108 m/s. Graficznie przedstawimy foton o energii hv. Przecięcie założenia, że światło jest wiązką fotonów pozwoliło potraktować oddziaływanie pojedynczych fotonów z poszczególnymi elektronami metalu w efekcie fotoelektrycznym tak, jak oddziaływanie dwóch zderzających się sprężonych kulek. Uznanie światłą za wiązkę fotonów i wyobrażenie sobie, że każdy z nich zderza się z jednym elektronem, pozwala łatwo zrozumieć, dlaczego liczba emitowanych fotoelektronów zależy od natężenia światła wywołującego efekt fotoelektryczny. O natężeniu światła decyduje liczba fotonów wysyłanych przez źródło w jednostce czasu. Zatem im większe jest natężenie światła, tym więcej fotonów pada na fotokatodę w jednostce czasu, powodując wybicie z jej powierzchni większej liczby elektronów, ponieważ każdy foton wybija z metalu jeden elektron. Do uwolnienia elektronu z powierzchni metalu potrzebna jest energia W, inna dla każdego metalu, nazywana pracą wyjścia. Dostarczyć jej może elektronowi tylko taki foton, którego energia hv jest równa pracy wyjścia lub większa od niej, czyli hv>W lub hv=W. Fotony o mniejszej energii nie spowodują emisji elektronów.

Jeśli energia fotonu jest większa od pracy wyjścia, to foton nie tylko wybije elektronu

Jeśli energia fotonu jest większa od pracy wyjścia, to foton nie tylko wybije elektronu z metalu, ale też nada mu energię kinetyczną. Możemy ją obliczyć, korzystając z prawa zachowania energii: energia fotonu=praca wyjścia+energia kinetyczna fotoelektryczna hv = W + E Z równania: E=hv-W jeśli energia fotonu jest równa pracy wyjścia, to foton wywoła efekt fotoelektryczny, wybijając elektron z metalu, ale nie nada mu energii kinetycznej. Częstotliwość promieniowania złożonego z fotonów o takiej energii nazywamy częstotliwością graniczną i oznaczamy zwykle v 0. Zatem warunek wywołania efektu fotoelektrycznego dla metalu o pracy wyjścia W ma postać: hv 0 =W skąd: v 0 =W/h Równanie E=hv-W pozwala wytłumaczyć stwierdzoną doświadczalnie zależność energii kinetycznej najszybszych elektronów od częstotliwości promieniowania wywołującego zjawisko fotoelektryczne.

Na rysunku przedstawiono dla dwóch różnych metali. ● Wykres I sporządzony dla metalu o

Na rysunku przedstawiono dla dwóch różnych metali. ● Wykres I sporządzony dla metalu o pracy wyjścia W 1, dla którego częstotliwość graniczna v 01=W 1/h, a wykres II wykonano dla metalu o pracy wyjścia W 2, dla którego częstotliwość graniczna v 02=W 2/h. Z wykresu wynika, że im większa jest częstotliwość promieniowania powodującego zjawisko fotoelektryczne dla danego metalu, tym większa jest energia kinetyczna E ●

Fizycy którzy wyjaśnili czym jest zjawisko fotoelektryczne: Max Planck Albert Einstein

Fizycy którzy wyjaśnili czym jest zjawisko fotoelektryczne: Max Planck Albert Einstein