ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE. Edyta Karpicka WPPT/FT/Optometria

Transkrypt

1 ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE Edyta Karpicka WPPT/FT/Optometria

2 Plan prezentacji 1. Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego 2. Badanie zjawiska fotoelektrycznego 3. Maksymalna energia kinetyczna elektronów 4. Charakterystyka prądowo-napięciowa fotokomórki. 5. Częstotliwość graniczna. 6. Wyznaczanie stałej Plancka 7. Podsumowanie doświadczenia

3 Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego H. Hertz (1887)- w trakcie badań nad wyładowaniami iskrowymi między dwiema powierzchniami metalowymi zauwaŝył, Ŝe pierwotna iskra z jednej powierzchni wytwarza wtórną iskrę na drugiej. W. Hallwachs (1888)-pokazał, Ŝe oczyszczona, izolowana, płytka cynkowa wystawiona na promieniowanie ultrafioletowe ładuje się dodatnio, a płytka naładowana ujemnie traci ładunek, nawet jeśli jest umieszczona w próŝni. [Ŝródło: Dr M. Klisowaka, Instytut Fizyki Uniwersytetu Rzeszowskiego] J.J.Thomas stwierdził, Ŝe fotoefekt polega na emisji elektronów : zmierzył stosunek (ładunek/masa) dla emitowanych cząsteczek (1897), a w 1899 wyznaczył ich ładunek.

4 Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego J.Elster i H.F.Geitel (na fot.)stwierdzili w 1900 r., Ŝe prąd fotoelektryczny jest proporcjonalny do natęŝenia światła i powstaje natychmiast po oświetleniu metalu. P.Lenard (1902)- stwierdził, iŝ energia wybitych elektronów w ogóle nie zaleŝy od natęŝenia światła,rośnie natomiast wraz z jego częstotliwością. A.Einstein (1905)- zaproponował wytłomaczenie fotoefektu: jeden kwant światła, zupełnie niezaleŝnie od pozostałych, przekazuje swoją energie elektronowi. Elektron wyrzucony z metalu traci pewną jej część, zanim dotrze do powierzchni. E=hv Nobel prize 1922

5 Badanie efektu fotoelektrycznego -Obwód elektryczny pozwala na przyłoŝenie między elektrody napięcia U regulowanego za pomocą potencjometru P, oraz na mierzenie galwanometrem natęŝenia prądu I przepływającego między nimi. -Po przyłoŝeniu do anody potencjału dodatniego względem fotokatody i przy braku oświetlenia fotokatody nie obserwuje się przepływu prądu. Schemat układu pomiarowego do badania efektu fotoelektrycznego. [źródło: -Pojawia się natychmiast gdy oświetlimy fotokatodę światłem o dostatecznie duŝej częstotliwości.

6 Maksymalna energia kinetyczna elektronów V h - potencjał hamujący dla napięć mniejszych od pewnego V h prąd przez ogniwo przestaje płynąć: -V < - V h E max -maksymalna energia kinetyczna jest równa pracy pola elektrycznego (między anodą i katodą) potrzebnej do całkowitego zahamowania elektronu w fotokomórce: E max =e V h gdzie e - ładunek elektronu V h a więc E max nie zaleŝy od natęŝenia światła [źródło:

7 Charakterystyka prądowo-napięciowa JeŜeli Ф1 < Ф2 to : -szybszy wzrost natęŝenia prądu w miarę wzrostu napięcia między anodą i katodą -brak zmiany potencjału hamującego Charakterystykia prądowo-napięciowa dla dwóch róŝnych natęŝeń światła Ф1 i Ф2 (Vh - potencjał hamujący) [Ŝródło:Jerzy Filipowicz, Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego]

8 Częstotliwość graniczna -poniŝej częstości granicznej nie obserwujemy EF -wartość częstości granicznej zaleŝy od materiału katody -zgodnie ze wzorem Einsteina, częstość graniczna mierzy pracę wyjścia W: W = hvg ZaleŜność natęŝenia prądu od częstotliwości v dla dwóch róŝnych materiałów fotokatody A i B Vo charakterystyczna częstotliwość graniczna dla danego materiału [źródło:

9 Wyznaczanie stałej Plancka hv=w+emax (1) Emax=e V h (2) Vh= (h/e)v-w/e Tak więc teoria Einstaina przewiduje liniowy związek między potencjałem hamowania Vh, a częstotliwością padającego światła v. prosta: y=ax+b gdzie y=vh, x=v, a= h/e, b=w/e ZaleŜność potencjału hamowania Vh od częstotliwości v padającego światła tan α = (W/e) / ν= (hν/e) / ν = h/e h= 6,626755*10-34 J s Vg - częstotliwość graniczna W-praca wyjścia e-ładunek elektronu [źródło:

10 Podsumowanie doświadczenia 1. Potencjał hamujący, a co za tym idzie maksymalna energia kinetyczna fotoelektronów E max nie zaleŝy od natęŝenia światła 2. Dla kaŝdej fotokatody istnieje charakterystyczna częstotliwość graniczna v (zaleŝna od materiału fotokatody). Dla częstotliwości mniejszych od vg efekt fotoelektryczny nie występuje,niezaleŝnie od tego jak silne jest natęŝenie światła 3. Nie występuje opóźnienie w czasie pomiędzy padaniem światła na fotokatodę a pojawienie się fotoprądu nawet dla małych natęŝeń światła.

11 Bibliografia -R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN, Warszawa D. Halliday, R. Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki, PWN, Warszawa J.Orear, Fizyka tom 2, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa Jerzy Filipowicz, Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego, Politechnika Warszawska - Janusz Skalski, Kwanty światła, efekt fotoelektryczny i realność fotonów, Instytut Problemów Jądrowych im. A. Sołtana. - dr M. Niemiec, Rok 1905 narodziny współczesnej fizyki, Instytut Fizyki Uniwersytet Opolski - dr M. Klisowska, Fotony Alberta Einstaina czyli o efekcie fotoelektrycznym, Instytut Fizyki Uniwesytet Rzeszowski, -