To tylko jedna z 3 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Zjawisko fotoelektryczne Na rysunku przedstawiono aparaturę do badania zjawiska fotoelektrycznego. W szklanej bańce, w której panuje wysoka próżnia, znajdują się dwie metalowe elektrody A i B. • Światło pada na metalową płytkę A i uwalnia z niej elektrony, które nazywamy fotoelektronami . • Fotoelektrony można zarejestrować jako prąd elektryczny płynący między płytką A oraz elektrodą zbierającą B przy wytworzeniu między nimi odpowiedniej różnicy potencjałów V (tak aby elektrony były przyciągane do B). Do pomiaru prądu stosujemy czułe galwanometry. Poniżej pokazana jest zależność prądu fotoelektrycznego od przyłożonego napięcia (różnicy potencjałów V ). Gdy V jest dostatecznie duże, wtedy prąd fotoelektryczny osiąga maksymalną wartość (prąd nasycenia). Wszystkie elektrony wybijane z płytki A docierają do elektrody B. Jeżeli zmienimy znak napięcia V , to prąd nie spada do zera natychmiast (przy V = 0 mamy niezerowy prąd). Oznacza to, że fotoelektrony emitowane z płytki A mają pewną energię kinetyczną . Nie wszystkie elektrony mają jednakowo duża energię kinetyczną bo tylko część z nich dolatuje do elektrody B (prąd mniejszy od maksymalnego). Przy dostatecznie dużym napięciu ( V 0) zwanym napięciem hamowania prąd zanika. Różnica potencjałów V 0 pomnożona przez ładunek elektronu e jest miarą energii najszybszych elektronów (przy V 0 nawet najszybsze elektrony są zahamowane, nie dochodzą do B) A B G V światło padające przełącznik Ia Ib + - V0 V Ekmax = eV 0 Krzywe a i b na rysunku różnią się natężeniem padającego światła ( Ib Ia ). Widać więc, że Ekmax nie zależy od natężenia światła. Zmienia się tylko prąd nasycenia, a to oznacza, że wiązka o światła większym natężeniu wybija więcej elektronów (ale nie szybszych). Wynik innego doświadczenia pokazuje rysunek obok. Pokazano tu zależność napięcia hamowania od częstotliwości światła padającego dla sodu. (Millikan, Nobel w 1923). Zauważmy, że istnieje pewna wartość progowa częstotliwości, poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie występuje. Opisane zjawisko fotoelektryczne ma trzy cechy, których nie można wyjaśnić na gruncie klasycznej falowej teorii światła: 1. Z teorii klasycznej wynika, że większe natężenia światła oznacza większe pole elektryczne E ( I ~ E 2). Ponieważ siła działająca na elektron wynosi eE więc gdy rośnie natężenie światła to powinna rosnąć ta siła, a w konsekwencji energia kinetyczna elektronów. Tymczasem stwierdziliśmy, że Ekmax nie zależy od natężenia światła.
(…)
… się w przestrzeni nie jak fala ale jak cząstka.
Stosując tę hipotezę do efektu fotoelektrycznego otrzymamy
hv = W + Ekmax
gdzie hv oznacza energię fotonu. Równanie to głosi, że jeden foton dostarcza energii hv, która w
części (W) zostaje zużyta na wyrwanie elektronu z materiału (jego przejście przez powierzchnię).
Ewentualny nadmiar energii (hv – W) elektron otrzymuje w postaci energii kinetycznej, przy czym
część z niej może być stracona w zderzeniach wewnętrznych (przed opuszczeniem materiału).
Rozpatrzmy teraz ponownie (z nowego punktu widzenia) trzy cechy fotoefektu nie dające się
wyjaśnić za pomocą klasycznej teorii falowej.
1. Podwajając natężenie światła podwajamy liczbę fotonów a nie zmieniamy ich energii. Ulega
więc podwojeniu fotoprąd a nie Ekmax, która nie zależy tym samym od natężenia.
2. Jeżeli mamy taką częstotliwość, że hv0 = W to wtedy Ekmax = 0. Nie ma nadmiaru energii.
Wielkość W nazywamy pracą wyjścia dla danej substancji. Jeżeli v < v0 to fotony niezależnie od
ich liczby (natężenia światła) nie mają dosyć energii do wywołania fotoemisji.
3. Dostarczana jest energia w postaci skupionej (kwant, porcja) a nie rozłożonej (fala).
Możemy przepisać równanie dla fotoefektu w postaci
V0 =
h
W
v−
e
e
Widać, że teoria…
…
przestrzeni to elektron absorbuje tylko niewielką
częstotliwość (10 Hz)
część energii z wiązki (bo jest bardzo mały). Można
więc spodziewać się opóźnienia pomiędzy początkiem oświetlania, a chwilą uwolnienia
elektronu (elektron musi mieć czas na zgromadzenie dostatecznej energii). Jednak nigdy nie
stwierdzono żadnego mierzalnego opóźnienia czasowego.
Einsteinowi udało się wyjaśnić efekt fotoelektryczny…
… przewiduje liniową zależność pomiędzy napięciem hamowania, a częstotliwością,
co jest całkowicie zgodne z doświadczeniem.
Teoria fotonowa całkowicie potwierdza więc fakty związane ze zjawiskiem fotoelektrycznym,
wydaje się jednak być sprzeczna z teorią falową, która też potwierdzona została doświadczalnie
(np. dyfrakcja).
Nasz obecny punkt widzenia na naturę światła jest taki, że ma ono dwoisty charakter…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)