31. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne

[rysunek]

Światło monochromatyczne padające na metalową płytkę A wyzwala fotoelektrony, które mogą być wykrywane jako prąd, jeżeli są przyciągane do naczynia metalowego B przy pomocy różnicy potencjałów V. Wartość fotoprądu odczytujemy na galwanometrze G. Przy dostatecznie dużej wartości V wszystkiej elektrony emitowane są zbierane przez naczynie B.

Przy zmianie znaków V na przeciwny natężenie prądu fotoelektrycznego nie spada natychmiast do 0. Dowodzi to, że emitowane elektrony mają V różne od 0. Jeżeli zwiększymy V dostatecznie, wówczas osiągniemy taką wartość V₀ (potencjał hamujący), że wartość fotoprądu spadnie do 0.

Eαmax = eV₀ - energia kinetyczna najszybszych elektr.

Trzy zasadnicze cechy efektu fotoelektrycznego nie dające się wyjaśnić przy pomocy falowej teorii światła:

1. Eαmax = eV₀ nie zależy od natężenia światła

2. efekt fotoelektryczny powinien występować dla dowolnej częstotliwości światła - jednak istnieje takie V₀, poniżej którego zjawisko nie zachodzi

3. jeżeli światło jest dostatecznie słabe, powinno następować pewne opóźnienie między padaniem światła na powierzchnię, a emisją fotoelektronów - co nie zachodzi

Dopiero Einstein dzięki założeniu, że energia wiązki świetlnej rozchodzi się w postaci skończonych porcji energii zwanych fotonami, wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne.

E = -hv - energia poj. fotonu

Stosując swoją koncepcję Einstein napisał:

hv = E₀ + Eαmax - część energii fotonu E₀ elektron używa na przejście przez powierzchnię metalu. Natomiast nadmiar energii hv - E₀ elektron otrzymuje w formie energii kinetycznej.

Efekt Comptona

[rysunek]

Wiązka promieni Rentgena o dokładnie określonej długości fali skierowana została na blok grafitowy (jak na rys.). Compton mierzył dla różnych kątów rozproszenia natężenia promieni Rentgena jako funkcję ich długości. Chociaż wiązka padająca miała jedną długość fali λ, rozproszone promienie Rentgena mają max przy dwóch długościach fali λ - taką samą i λ' większą o Δλ.

Compton udowodnił, że padająca wiązka promieni RTG nie jest falą, lecz zbiorem fotonów o energii E = hv

Światło monochromatyczne padające na metalową płytkę A wyzwala fotoelektrony, które mogą być wykrywane jako prąd, jeżeli są przyciągane do naczynia metalowego B przy pomocy różnicy potencjałów V. Wartość fotoprądu odczytujemy na galwanometrze G. Przy dostatecznie dużej wartości V wszystkiej elektrony emitowane są zbierane przez naczynie B.

Przy zmianie znaków V na przeciwny natężenie prądu fotoelektrycznego nie spada natychmiast do 0. Dowodzi to, że emitowane elektrony mają V różne od 0. Jeżeli zwiększymy V dostatecznie, wówczas osiągniemy taką wartość V₀ (potencjał hamujący), że wartość fotoprądu spadnie do 0.

Eαmax = eV₀ - energia kinetyczna najszybszych elektr.

p = = = - pęd fotonu

hv = hv' + (m - m₀)c²
m₀ - masa spoczynkowa

p₀ =

dla skł. x → = cosϕ + cosΘ

dla skł y → 0 = sinϕ - sinΘ

[Δλ = λ' - λ = (l - cosϕ)]

Trzy zasadnicze cechy efektu fotoelektrycznego nie dające się wyjaśnić przy pomocy falowej teorii światła:

1. Eαmax = eV₀ nie zależy od natężenia światła

2. efekt fotoelektryczny powinien występować dla dowolnej częstotliwości światła - jednak istnieje takie V₀, poniżej którego zjawisko nie zachodzi

3. jeżeli światło jest dostatecznie słabe, powinno następować pewne opóźnienie między padaniem światła na powierzchnię, a emisją fotoelektronów - co nie zachodzi

Dopiero Einstein dzięki założeniu, że energia wiązki świetlnej rozchodzi się w postaci skończonych porcji energii zwanych fotonami, wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne.

E = -hv - energia poj. fotonu

Stosując swoją koncepcję Einstein napisał:

hv = E₀ + Eαmax - część energii fotonu E₀ elektron używa na przejście przez powierzchnię metalu. Natomiast nadmiar energii hv - E₀ elektron otrzymuje w formie energii kinetycznej.

---