Zjawisko

Zjawisko

fotoelektryczne

fotoelektryczne

Wykonanie:

Wykonanie:

web.de

jar_pyrcik

Pyrcik Jarosław

Pyrcik Jarosław

Historia odkrycia efektu fotoelektrycznego.

Doświadczenie Hertza z cewką

W roku

1887

Hertz

opublikował wyniki swych badań nad

emisją i pochłanianiem

fal elektromagnetycznych

.

Thomson – odkrycie elektronu

W roku

1899

Thomson

badał promieniowanie ultrafioletowe

powstające w

lampie katodowej

Obserwacje Von Lenarda

W roku

1902

,

Philipp von

Lenard stwierdził zależność między

energią emitowanych elektronów a intensywnością światła
padającego na powierzchnię.

Einstein i hipoteza kwantów

W roku 1905 A.. Einstein

wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne,

rozszerzając

koncepcję Plancka

. Założył on, że światło składa się z

kwantów energii - fotonów

i że zjawisko fotoelektryczne polega na

indywidualnym akcie zderzenia fotonu z elektronem w ciele stałym.

W 1921 roku

otrzymuje za to odkrycie

Nagrodę Nobla

.

W 1888 roku W. Hallwachs

przeprowadził doświadczenie z

elektroskopem.

Doświadczenie Hallwachsa

Planck

przyjął, w sprzeczności z fizyką

klasyczną, że emisja i absorbcja

promieniowania przez atomy i cząsteczki

substancji może zachodzić tylko porcjami -

kwantami

. Minimalna wartość emitowanej

lub absorbowanej energii wyraża się

wzorem:

gdzie:

v - częstotliwość

promieniowania,

h - stała Plancka.

Efekt fotoelektryczny, zjawisko

Efekt fotoelektryczny, zjawisko

fotoelektryczne

fotoelektryczne

– zjawisko polegające na

– zjawisko polegające na

emisji

emisji

elektronów

elektronów

z powierzchni

z powierzchni

przedmiotu (tzw.

przedmiotu (tzw.

efekt zewnętrzny

efekt zewnętrzny

) lub

) lub

na przeniesieniu

na przeniesieniu

nośników ładunku elektrycznego

nośników ładunku elektrycznego

pomiędzy pasmami energetycznymi

pomiędzy pasmami energetycznymi

(tzw.

(tzw.

efekt wewnętrzny

efekt wewnętrzny

), po

), po

naświetleniu jej promieniowaniem

naświetleniu jej promieniowaniem

elektromagnetycznym (na przykład

elektromagnetycznym (na przykład

światłem widzialnym) o odpowiedniej

światłem widzialnym) o odpowiedniej

częstotliwości, zależnej od rodzaju

częstotliwości, zależnej od rodzaju

przedmiotu. Emitowane w ten sposób

przedmiotu. Emitowane w ten sposób

elektrony nazywa się czasem

elektrony nazywa się czasem

fotoelektronami. Energia kinetyczna

fotoelektronami. Energia kinetyczna

fotoelektronów nie zależy od natężenia

fotoelektronów nie zależy od natężenia

światła a jedynie od jego częstotliwości.

światła a jedynie od jego częstotliwości.

Prawa dotyczące

Prawa dotyczące

zjawiska

zjawiska

fotoelektrycznego.

fotoelektrycznego.

1. Prąd nasycenia I

0

a więc i liczba elektronów

wybijanych w jednostce czasu są wprost

proporcjonalne do natężenia promieniowania

J.

2. Napięcie odcięcia U

0

a stąd i maksymalna

energia fotoelektronów zależą wyłącznie od

częstotliwości promieniowania.

Poniżej pewnej częstotliwości v

o

, charakterystycznej dla danego

metalu, efekt fotoelektryczny w ogóle nie zachodzi.

Zależność napięcia U

0

od częstotliwości

promieniowania v.

Efekt fotoelektryczny wewnętrzny

Ponieważ energia fali świetlnej jest proporcjonalna do jej natężenia,
Einstein przyjął, że liczba
fotonów w jednostce objętości jest wprost proporcjonalna do natężenia
monochromatycznego światła. Tłumaczy to pierwsze prawo zjawiska
fotoelektrycznego.

Liczba fotoelektronów emitowanych z powierzchni ciała powinna być
proporcjonalna do liczby padających na nią fotonów a więc i do
natężenia światła.

Dla interpretacji

drugiego prawa efektu

fotoelektrycznego

należy ułożyć

odpowiedni bilans energii. Zgodnie z

doświadczeniem, w temperaturze pokojowej

ciała stałe nie emitują samorzutnie

elektronów. Dowodzi to, że do wyrwania

elektronu z danego ciała potrzebne jest

wykonanie określonej pracy W, zwanej

pracą wyjścia

. Energia Ef fotonu i

maksymalna energia kinetyczna Ee

fotoelektronu powinny więc spełniać

zależność:

W rezultacie otrzymujemy zależność na

energię kinetyczną elektronu:

Minimalna częstotliwość promieniowania

v

o

, dla której zachodzi zjawisko

fotoelektryczne, odpowiada energii fotonu

równej pracy wyjścia

Otrzymane równanie nadaje się do weryfikacji

doświadczalnej i zostało potwierdzone w słynnym

eksperymencie

przeprowadzonym w roku

1915

przez

Millikana

.

Bezpośrednim dowodem kwantowej natury

promieniowania elektromagnetycznego jest

zewnętrzne zjawisko fotoelektryczne

, odkryte

przez W. Hallwachsa w 1888 r.

Zjawisko fotoelektryczne

powoduje rozładowanie

elektroskopu w przypadku,

gdy elektroskop i połączona

z nim metalowa płytka są

naładowane ujemnie.

W przypadku cynku efekt

fotoelektryczny wywołuje

jedynie promieniowanie

ultrafioletowe a dla metali

alkalicznych, jak sód i

potas, zachodzi on już pod

wpływem światła

widzialnego.

fotodiodach

itd..

Zastosowania

Efekt fotoelektryczny jest powszechnie wykorzystywany w

bateriach słonecznych

fotopowielaczach

elementach CCD w aparatach cyfrowych