ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE ZEWNĘTRZNE Urszula Kondraciuk, Grzegorz Witkowski informatyka +

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE Na wstępie omówimy doświadczenie: Płytkę glinową łączymy z elektroskopem. Płytkę elektryzujemy ujemnie (dotykając ją potartą laską ebonitową). Kierujemy na płytkę wiązkę światła z lampy kwarcowej. informatyka +

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE Zauważamy, że po naświetleniu płytki światłem, wskazówka elektroskopu opadnie, co świadczy o utracie nadmiaru elektronów. Wniosek: światło ma zdolność wybijania elektronów z metalu. Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. informatyka +

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE Zjawisko wybijania (emisji) elektronów z powierzchni metalu na skutek padającego promieniowania elektromagne-tycznego nazywamy zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym.

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE ŹRÓDŁO: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f5/Photoelectric_effect.svg/250px-Photoelectric_effect.svg.png

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE Dla niektórych metali emisja elektronów występuje, gdy pada światło widzialne (rubid, cez – I grupa główna) a dla innych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. ŹRÓDŁO: http://www.up.krakow.pl/pozyton/old/pics/rok_fizyki/f_foto.jpg

FOTOKOMÓRKA Do zbadania zjawiska fotoelektrycznego służy fotokomórka. ŻRÓDŁO: http://fizyka.net.pl/ciekawe_pytania/ciekawe_pytania35/pytanie180.gif

FOTOKOMÓRKA Jest to próżniowa bańka szklana, wewnątrz której znajdują się dwie elektrody: katoda (fotokatoda); anoda (fotoanoda). Fotokatodę stanowi napylona na wewnętrznej ściance bańki warstwa metalu alkalicznego (najczęściej cezu). Fotoanoda to drut wtopiony w obudowę bańki.

JAK DZIAŁA FOTOKOMÓRKA Gdy na katodę skierujemy wiązkę światła, nastąpi wybicie przez to światło elektronów z katody. Wybite z katody elektrony gromadzą się w jej pobliżu i w zależności od potencjałów elektrod będą przepływać ku anodzie, powodując tym samym przepływ przez fotokomórkę prądu o odpowiednim natężeniu.

ZASTOSOWANIE FOTOKOMÓRKI Fotokomórka znalazła szerokie zastoso-wanie w nauce, technice oraz w życiu codziennym. Wykorzystuje się ją w termostatach (do utrzymania stałej temperatury w zamkniętym pomiesz-czeniu), włączaniu i wyłączaniu np. oświetlenia ulicznego, latarni morskich, otwieraniu drzwi, pomiarach czasu w biegach.

TEORIA KWANTÓW Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne zostało wyjaśnione przez Eisteina w 1905 roku za pomocą teorii kwantów zwanych tez fotonami. Teorię tę zapoczątkował Planck. ŹRÓDŁO: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Albert_Einstein_Head.jpg

TEORIA KWANTÓW Według tej teorii promieniowanie o częstotliwości υ polega na rozchodzeniu się określonych porcji energii: zwanych kwantami lub fotonami. Współczynnik h = 6.62 x 10-34Js zwany stałą Plancka jest dla wszystkich rodzajów promieniowania elektromagnetycznego taki sam.

TEORIA KWANTÓW Ze wzoru Einsteina wyrażającego równoważność masy i energii: z w/w wzorów obliczamy masę przyporządkowaną fotonowi: zatem:

TEORIA KWANTÓW Pęd fotonu: Foton jest specyficzną cząstką. Nie posiada masy spoczynkowej – nie może istnieć w spoczynku. Porusza się z prędkością c fali elektromagne-tycznej.

KORPUSKULARNO - FALOWY DUALIZM KORPUSKULARNO - FALOWY Wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego wymaga innego spojrzenia na światło niż wcześniej. Dotąd traktowane było jako fala elektromagnetyczna, natomiast obecnie jako strumień – wiązka fotonów. Fakt, że światło zachowuje się w jednych zjawiskach jak fala, a w innych jak wiązka fotonów (maleńkich korpuskuł, kwantów), spowodował przyjęcie przez fizyków założenia o dwoistej, czyli dualnej naturze światła. Mówimy, że światło ma naturę korpuskularno – falową lub kwantowo – falową.

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Foton o energii pada na metal, gdzie zderza się z elektronem. Foton przekazuje swą energię elektronowi, sam w ten sposób unicestwia się (ginie). Pobrana energia jest wykorzystywana na wyrwanie elektronu z metalu (ta część energii zwana jest pracą wyjścia W). Nadwyżka energii pozostaje w postaci energii kinetycznej.

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Zgodnie z prawem zachowania energii powyższe równanie przedstawia wzór Einsteina:

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO gdzie: h – stała Plancka 6.62 x 10-34Js υ – częstotliwość promieniowania wywołującego zjawisko fotoelektryczne W – praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu m – masa elektronu V – szybkość elektronu

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO W przypadku granicznym: Foton o częstotliwości granicznej powoduje jedynie wyrwanie elektronu z metalu. Elektron nie uzyskuje energii kinetycznej.

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Energia kinetyczna fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania powodującego efekt fotoelektryczny. Ek υ υ1 υ2 υ3 ŹRÓDŁO: materiały własne

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Za pomocą teorii korpuskularnej możemy wytłumaczyć podawane powyżej fakty: Ilość emitowanych z katody elektronów jest wprost proporcjonalna do natężenia padającego światła – im większe jest natężenie światła, tym więcej fotonów pada na katodę, a tym więcej elektronów jest wybijanych przez te fotony.

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Prędkość emitowanego elektronu nie zależy od natężenia światła, a zależy od częstotliwości tego światła – jeden foton może wybić tylko jeden elektron. Większe natężenie światła, to większa liczba fotonów, ale prędkość wybijanego elektronu zależy od energii jednego fotonu.

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO WYTŁUMACZENIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Większa liczna fotonów nie wpływa, zatem na efekt oddziaływania jednego fotonu na jeden elektron. Prędkość emitowanego elektronu zależy od energii fotonu uderzającego w dany elektron, a ta zależy od barwy, czyli częstotliwości padającego światła.