Zjawisko fotoelektryczne

Prezentacja na temat: "Zjawisko fotoelektryczne"— Zapis prezentacji:

1 Zjawisko fotoelektryczne
Wewnątrz każdego metalu znajdują się elektrony swobodne. Są to elektrony walencyjne, które po oderwaniu się od macierzystych atomów swobodnie przemieszczają się w obrębie całego metalu (wypadkowa sił na nie działających jest wtedy równa zero). Po przyłożeniu napięcia elektrony te stanowią prąd elektryczny. Nazywamy je również elektronami przewodnictwa.

2 Zjawisko fotoelektryczne
Wewnątrz każdego metalu znajdują się elektrony swobodne. Są to elektrony walencyjne, które po oderwaniu się od macierzystych atomów swobodnie przemieszczają się w obrębie całego metalu (wypadkowa sił na nie działających jest wtedy równa zero). Po przyłożeniu napięcia elektrony te stanowią prąd elektryczny. Nazywamy je również elektronami przewodnictwa. Przy powierzchni sytuacja jest inna. Tam działa na elektrony wypadkowa siła skierowana do wnętrza metalu nie pozwalająca im wyrwać się na zewnątrz. Aby mogły one jednak opuścić metal to muszą otrzymać dodatkową porcję energii, tzw. pracę wyjścia W. Można tego dokonać oświetlając metal określonym rodzajem promieniowania elektromagnetycznego.

3 Zjawisko fotoelektryczne
Wewnątrz każdego metalu znajdują się elektrony swobodne. Są to elektrony walencyjne, które po oderwaniu się od macierzystych atomów swobodnie przemieszczają się w obrębie całego metalu (wypadkowa sił na nie działających jest wtedy równa zero). Po przyłożeniu napięcia elektrony te stanowią prąd elektryczny. Nazywamy je również elektronami przewodnictwa. Przy powierzchni sytuacja jest inna. Tam działa na elektrony wypadkowa siła skierowana do wnętrza metalu nie pozwalająca im wyrwać się na zewnątrz. Aby mogły one jednak opuścić metal to muszą otrzymać dodatkową porcję energii, tzw. pracę wyjścia W. Można tego dokonać oświetlając metal określonym rodzajem promieniowania elektromagnetycznego. mA V + _ kwarc - światło K A Zjawisko fotoelektryczne (fotoefekt) obserwuje się w fotokomórce. Jest to lampa próżniowa z dwiema elektrodami. Katodą jest warstwa metalu, naparowana na wewnętrznej ścianie bańki. Naprzeciw niej znajduje się anoda w postaci drutu metalowego. W układzie elektrycznym, jak na rysunku, prąd w obwodzie nie płynie, jeśli na fotokatodę nie pada promieniowanie elektromagnetyczne. (fotokomórka jest przerwą w obwodzie).

4 Zjawisko fotoelektryczne
Wewnątrz każdego metalu znajdują się elektrony swobodne. Są to elektrony walencyjne, które po oderwaniu się od macierzystych atomów swobodnie przemieszczają się w obrębie całego metalu (wypadkowa sił na nie działających jest wtedy równa zero). Po przyłożeniu napięcia elektrony te stanowią prąd elektryczny. Nazywamy je również elektronami przewodnictwa. Przy powierzchni sytuacja jest inna. Tam działa na elektrony wypadkowa siła skierowana do wnętrza metalu nie pozwalająca im wyrwać się na zewnątrz. Aby mogły one jednak opuścić metal to muszą otrzymać dodatkową porcję energii, tzw. pracę wyjścia W. Można tego dokonać oświetlając metal określonym rodzajem promieniowania elektromagnetycznego. mA V + _ kwarc - światło K A Zjawisko fotoelektryczne (fotoefekt) obserwuje się w fotokomórce. Jest to lampa próżniowa z dwiema elektrodami. Katodą jest warstwa metalu, naparowana na wewnętrznej ścianie bańki. Naprzeciw niej znajduje się anoda w postaci drutu metalowego. W układzie elektrycznym, jak na rysunku, prąd w obwodzie nie płynie, jeśli na fotokatodę nie pada promieniowanie elektromagnetyczne. (fotokomórka jest przerwą w obwodzie). Gdy przez okienko kwarcowe dociera do fotokatody odpowiedni rodzaj promieniowania, wtedy wyrywane są z niej elektrony. Dążą one do anody zamykając obwód elektryczny. Miliamperomierz wskaże przepływ prądu w obwodzie.

5 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu:

6 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem

7 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać.

8 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać. Istnieje minimalna energia dla fotonu, który może spowodować fotoefekt. Zmieniając częstotliwość promieniowania padającego na fotokatodę zauważymy, że przy częstotliwości ngr zaczyna w obwodzie płynąć prąd – zaczyna zachodzić fotoefekt. Wtedy:

9 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać. Istnieje minimalna energia dla fotonu, który może spowodować fotoefekt. Zmieniając częstotliwość promieniowania padającego na fotokatodę zauważymy, że przy częstotliwości ngr zaczyna w obwodzie płynąć prąd – zaczyna zachodzić fotoefekt. Wtedy:

10 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać. Istnieje minimalna energia dla fotonu, który może spowodować fotoefekt. Zmieniając częstotliwość promieniowania padającego na fotokatodę zauważymy, że przy częstotliwości ngr zaczyna w obwodzie płynąć prąd – zaczyna zachodzić fotoefekt. Wtedy: Dla każdej częstotliwości n > ngr zjawisko fotoelektryczne zachodzi.

11 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać. Istnieje minimalna energia dla fotonu, który może spowodować fotoefekt. Zmieniając częstotliwość promieniowania padającego na fotokatodę zauważymy, że przy częstotliwości ngr zaczyna w obwodzie płynąć prąd – zaczyna zachodzić fotoefekt. Wtedy: U(V) I(mA) -1 -2 Inas Dla każdej częstotliwości n > ngr zjawisko fotoelektryczne zachodzi. Na rysunku obok napięcia ujemne dotyczą sytuacji, gdy przyłożyliśmy: + do katody, – do anody.

12 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać. Istnieje minimalna energia dla fotonu, który może spowodować fotoefekt. Zmieniając częstotliwość promieniowania padającego na fotokatodę zauważymy, że przy częstotliwości ngr zaczyna w obwodzie płynąć prąd – zaczyna zachodzić fotoefekt. Wtedy: U(V) I(mA) -1 -2 Inas Dla każdej częstotliwości n > ngr zjawisko fotoelektryczne zachodzi. Na rysunku obok napięcia ujemne dotyczą sytuacji, gdy przyłożyliśmy: + do katody, – do anody. Przy pewnym napięciu wszystkie fotoelektrony docierają do anody i natężenie prądu osiąga wartość maksymalną Imax. Mówimy, że prąd osiągnął stan nasycenia.

13 Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne objaśnił A. Einstein, za co otrzymał w 1921 r. nagrodę Nobla. Podał on wzór będący zasadą zachowania energii fotonu zderzającego się z elektronem znajdującym się przy powierzchni metalu: gdzie: hn – energia fotonu, W – praca wyjścia elektronu z metalu, – maksymalna energia kinetyczna elektronu po zderzeniu się z fotonem Z powyższego wzoru wynika, że część energii fotonu idzie na wykonanie pracy wyjścia W, a resztę zabiera elektron, jako energię kinetyczną. Nie zawsze tak się dzieje. Część energii zamienia się na wewnętrzną fotokatody powodując wzrost jej temperatury. Wzór uwzględnia tylko sytuację bez „strat” energii tego typu, dlatego zawarta w nim energia elektronu to maksymalna energia jaką może on posiadać. Istnieje minimalna energia dla fotonu, który może spowodować fotoefekt. Zmieniając częstotliwość promieniowania padającego na fotokatodę zauważymy, że przy częstotliwości ngr zaczyna w obwodzie płynąć prąd – zaczyna zachodzić fotoefekt. Wtedy: U(V) I(mA) -1 -2 Inas Dla każdej częstotliwości n > ngr zjawisko fotoelektryczne zachodzi. Na rysunku obok napięcia ujemne dotyczą sytuacji, gdy przyłożyliśmy: + do katody, – do anody. Przy pewnym napięciu wszystkie fotoelektrony docierają do anody i natężenie prądu osiąga wartość maksymalną Imax. Mówimy, że prąd osiągnął stan nasycenia. Przy innej częstotliwości promieniowania będziemy mieli inne Inas.

14 Zjawisko fotoelektryczne
Jeśli przy danej częstotliwości, dla której zachodzi zjawisko fotoelektryczne, przyłożymy napięcie hamowania, wtedy znajdziemy:

15 Zjawisko fotoelektryczne
Jeśli przy danej częstotliwości, dla której zachodzi zjawisko fotoelektryczne, przyłożymy napięcie hamowania, wtedy znajdziemy: Wcześniej wykazaliśmy, że zjawisko fotoelektryczne zaczyna zachodzić, gdy:

16 Zjawisko fotoelektryczne
Jeśli przy danej częstotliwości, dla której zachodzi zjawisko fotoelektryczne, przyłożymy napięcie hamowania, wtedy znajdziemy: Wcześniej wykazaliśmy, że zjawisko fotoelektryczne zaczyna zachodzić, gdy: Wstawiając te zależności do wzoru A. Einsteina mamy:

17 Zjawisko fotoelektryczne
Jeśli przy danej częstotliwości, dla której zachodzi zjawisko fotoelektryczne, przyłożymy napięcie hamowania, wtedy znajdziemy: Wcześniej wykazaliśmy, że zjawisko fotoelektryczne zaczyna zachodzić, gdy: Wstawiając te zależności do wzoru A. Einsteina mamy: Wzór ten pozwala wyznaczyć z dużą precyzją stałą Plancka: