Efekt fotoelektryczny

Prezentacja na temat: "Efekt fotoelektryczny"— Zapis prezentacji:

1 Efekt fotoelektryczny
Na czym polega zjawisko fotoelektryczne? Pojęcie kwantu energii. Co to jest praca wyjścia elektronu z metalu. Warunek zajścia efektu fotoelektrycznego dla metalu o pracy wyjścia W Od czego zależy energia kinetyczna fotoelektronów i liczba fotoelektronów wybitych w jednostce czasu. Wyjaśnienie zjawiska fotoelektryczne na podstawie kwantowego modelu światła.

2 Efekt fotoelektryczny
Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości.

3 Efekt fotoelektryczny
Efekt fotoelektryczny, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne – zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z metalu po naświetleniu go promieniowaniem elektromagnetycznym Przykłady: światłem widzialnym dla rubidu i cezu promieniowaniem ultrafioletowym dla cynku Fotoelektrony - emitowane w ten sposób elektrony.

4 Wyjaśnienie zjawiska Zjawisko zostało wyjaśnione w roku 1905 przez Alberta Einsteina opierającego się na założeniach mechaniki kwantowej. Za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego Albert Einstein otrzymał w 1921 roku Nagrodę Nobla. Wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego jest niemożliwe na gruncie fizyki klasycznej zakładającej, że światło jest falą elektromagnetyczną – należałoby oczekiwać, że energia fotoelektronów zależy od natężenia fali świetlnej.

5 Założenia Alberta Einsteina
Energia wiązki światła pochłaniana jest w postaci porcji (kwantów) Kwant energii może być zamieniony na energię tylko w całości, na zasadzie wszystko lub nic. Usunięcie elektronu z metalu (substancji) wymaga pewnej pracy zwanej pracą wyjścia, która jest wielkością charakteryzującą daną substancję, Pozostała energia rozprasza się częściowo w substancji a częściowo pobiera ją emitowany elektron.

6 Kwant energii, praca wyjścia
E = hv Ʋ- częstość padającego fotonu [1/s] Stała Plancka w układzie SI jest równa: h = 6,6 × J·s h - stała Plancka; Praca wyjścia - energia potrzebna do uwolnienia elektronu z powierzchni metalu.

7 Wzór Einsteina-Millikana
Ek = hv - W Gdzie: h - stała Plancka; ν - częstość padającego fotonu [1/s] W - praca wyjścia [J] Ek - maksymalna obserwowana energia kinetyczna emitowanych elektronów [J] Stała Plancka w układzie SI jest równa: h = 6,6 × J·s

8 Dualna natura światła Światło ma naturę dualną, korpuskularno-falową (kwantowo-falową) ponieważ w niektórych zjawiskach zachowuje się jak fala a w innych jak wiązka fotonów.

9 Zastosowanie efektu fotoelektrycznego
baterie słoneczne, fotopowielacze, elementy CCD w aparatach cyfrowych fotodiody Pochłaniane przez te urządzenia światło wykorzystywane jest do wytwarzania prądu elektrycznego i generowania ładunku, którego ilość można zmierzyć.

10 Fotokomórka Czujnik foto-optyczny umożliwiający wykrycie przekroczenia przez zawodnika linii mety, startu lub międzyczasu.

11 Panele słoneczne do ogrzewania wody w Grecji

12 Fotopowielacz Fotopowielacz - rodzaj lampy próżniowej, detektor światła, Elektron wyemitowany z fotokatody pada najpierw na dynodę, gdzie wybija elektrony wtórne które są następnie przyciągane przez anodę lub następną dynodę.

13 Fotopowielacz

14 Matryca CCD używana do tworzenia obrazów promieniowania ultrafioletowego
Matryca CCD – układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy, dzięki zastosowaniu filtrów barwnych, odczytuje natężenie określonej szerokości spektrum światła w danym punkcie matrycy.

15 Animacja zjawiska

16 Pytanie testowe Praca wyjścia elektronów z powierzchni pewnego metalu ma wartość W. Gdy na powierzchnię tego metalu padnie 1200 fotonów o energii 3W każdy. Maksymalna liczba wybitych elektronów wynosi:  a)400 b)1200 c) d)0

17 Odpowiedź 1 Ilość wybitych elektronów jest zawsze taka sama jak ilość padających fotonów. Nie ma znaczenia ilość energii jaką niesie każdy z nich (nadwyżka energii zostanie wykorzystana jako energia kinetyczna wybitych elektronów). Zatem poprawna odpowiedź to b.

18 Pytanie otwarte Czy Energia fotonu zależy od barwy światła? Jeśli tak, to światło jakiej barwy składa się z fotonów o największej energii, a jakiej o najmniejszej? Uzasadnij odpowiedz.

19 Odpowiedź 2 Energia fotonu jest proporcjonalna do częstotliwości fali f E = h*f Energia fotonu jest zależna od częstotliwości. Częstotliwość jest zależna od długości fali. Długość fali jest zależna od barwy światła. Światło o barwie fioletowej składa się z fotonów o największej energii. (najmniejsza długość fali i największa częstotliwość, bo λ = v/f) Światło barwie czerwonej składa się z fotonów o najmniejsze energii. (największa długość fali i najmniejsza częstotliwość)

20 Zamiana jednostek, wielkości stałe
1 eV = 1 e · 1 V ≈ 1,6× J 1 J ≈ 6,24 ×1018 eV me = 9,1 · kg e = 1, C c = 3 · 108 m/s