Zjawisko
Zjawisko
fotoelektryczne
fotoelektryczne
Wykonanie:
Wykonanie:
web.de
jar_pyrcik
Pyrcik Jarosław
Pyrcik Jarosław
Zjawisko
Zjawisko
fotoelektryczne
fotoelektryczne
Wykonanie:
Wykonanie:
web.de
jar_pyrcik
Pyrcik Jarosław
Pyrcik Jarosław
Historia odkrycia efektu fotoelektrycznego.
Doświadczenie Hertza z cewką
W roku
opublikował wyniki swych badań nad
Thomson – odkrycie elektronu
W roku
badał promieniowanie ultrafioletowe
powstające w
Obserwacje Von Lenarda
W roku
,
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
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
przeprowadzonym w roku
przez
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.
Zastosowania
Efekt fotoelektryczny jest powszechnie wykorzystywany w
bateriach słonecznych
fotopowielaczach
elementach CCD w aparatach cyfrowych