Jan Królikowski Fizyka IVBC

1

1

r. akad. 2004/2005

I.3 Efekt fotoelektryczny

Wzór Einsteina (1905):

E

k

=(1/2m)V

2

=h

ν-W

Jan Królikowski Fizyka IVBC

2

2

r. akad. 2004/2005

Historia badania efektu fotoelektrycznego (EF)

Przewidziany i zaobserwowany przez Hertza w 1887.
Dokładniejsze badania prowadzili w następnych latach Hallwachs

i Stoletow. Ustalili podstawowe własności EF:

•

Prąd w ogniwie wzrasta ze wzrostem natężenia fali UV.

•

Energia cząstek EF (elektronów) nie zależy od natężenia fali.

•

Maksymalna energia elektronów wzrasta ze wzrostem

częstości UV

.

Dla każdego materiału katody istnieje częstość

graniczna poniżej której EF nie zachodzi.

•

EF jest natychmiastowy

.

Te własności są sprzeczne z falową naturą

promieniowania e-m.

W 1900 Lenart zmierzył e/m cząstek EF i udowodnił, że są one

elektronami.

W 1905 Einstein podał teorię EF, wprowadzając za Planckiem

energię fotonu E

γ

=hν.

Jan Królikowski Fizyka IVBC

3

3

r. akad. 2004/2005

Efekt fotoelektryczny to emisja elektronów z metalu bombardowanego

promieniowaniem e-m (UV).

A

UV

e

le

kt

ro

n

y

Katoda metalowa

(np. Zn)

Próżnia

Jan Królikowski Fizyka IVBC

4

4

r. akad. 2004/2005

Cząstki uwalniane z metalu pod wpływem promieniowania niosą

ujemny ładunek

+
+
+

_
_
_

W 1900 Lenart zmierzył e/m
tych ujemnych cząstek i
zidentyfikował je jako elektrony.

Dodatnio naładowany
elektroskop nie rozładowuje się.

Ujemnie naładowany
elektroskop rozładowuje się.

Jan Królikowski Fizyka IVBC

5

5

r. akad. 2004/2005

Pomiar maksymalnej energii kinetycznej elektronów

A

UV

e

le

kt

ro

n

y

V

Przykładamy napięcie
hamujące elektrony -V.

Obserwujemy, że dla
napięć mniejszych od
pewnego –V

max

prąd przez

ogniwo przestaje płynąć:

-V < -V

max

Maksymalna energia
kinetyczna elektronów:

E

k,max

= eV

max

Jan Królikowski Fizyka IVBC

6

6

r. akad. 2004/2005

Charakterystyka prądowo- napięciowa fotoogniwa – zależność od

natężenia światła

U

I

-V

max

Wzrasta
natężenie

światła

Jan Królikowski Fizyka IVBC

7

7

r. akad. 2004/2005

Charakterystyka prądowo- napięciowa – zależność od częstości

U

I

-V

max

Wzrasta
częstość

światła

Jan Królikowski Fizyka IVBC

8

8

r. akad. 2004/2005

Częstość graniczna

NATĘŻENIE
PRĄDU I

CZĘSTOŚĆ

ν

ν

g

Poniżej częstości granicznej

nie obserwujemy EF.

Wartość częstości granicznej

zależy od materiału katody.

Zgodnie ze wzorem

Einsteina, częstość graniczna

mierzy pracę wyjścia W:

W=h

ν

g

Jan Królikowski Fizyka IVBC

9

9

r. akad. 2004/2005

Zależność napięcia hamującego V

max

od częstości padającego

promieniowania e-m

CZĘSTOŚĆ

V

max

W/e

tan

α = h/e

TA ZALEŻNOŚĆ
UMOŻLIWIA

WYZNACZENIE
STAŁEJ PLANCKA h
h= 6.626755

∑10

-34

J s

Jan Królikowski Fizyka IVBC

10

10

r. akad. 2004/2005

Wewnetrzny EF w półprzewodnikach

Jądrowy EF

JĄDRO

Proton lub neutron

Pasmo przewodnictwa

Pasmo walencyjne

domieszki

PROMIENIOWANIE X
LUB GAMMA