Efekt fotoelektryczny i fotochemiczny- Zadanie 14.2: Baza wiedzy - Fizyka

Rozwiązanie


wiedza podstawowa	ważne informacje - zapamiętaj!	ważny wzór - zapamiętaj!	kliknij i otwórz przykładowe zadanie

Efekt fotoelektryczny i fotochemiczny

Ciekawym zjawiskiem jakie zostało obserwowane pod koniec XIX wieku było wybijanie elektronów przez padające światło, czyli przez padające kwanty energii (fotony). Zjawisko to nazwano zewnętrznym efektem fotoelektrycznym. Natomiast wybijane elektrony nazwano fotoelektronami.

Zewnętrzny efekt fotoelektryczny - zjawisko polegające na wybijaniu z powierzchni metalu elektronów przez padające fotony.

Fotoelektrony - elektrony wybijane z powierzchni metalu przez padające fotony.

Można tutaj również opisać dodatkowo przykład użycia zjawiska fotoelektrycznego, czyli fotokomórki.

Jednakże, aby stworzyć teorię, która będzie opisywać to zjawisko fizycy zadali dwa pytania:

Od czego zależy ilość wyemitowanych elektronów?
Od czego zależy energia wyemitowanych elektronów?

(Tutaj opis eksperymentu z anodą i katodą oraz z przyłożonym napięciem)

Z przeprowadzonego doświadczeń na anodzie i katodzie wraz z przyłożonym napięciem przyspieszającym otrzymano następujące cechy zewnętrznego efektu fotoelektrycznego:

Całkowita absorpcja fotonu - padające fotony są całkowicie absorbowane przez powierzchnię metalu.
Brak opóźnienia - elektron jest natychmiast wyemitowany nawet jeżeli wiązka promieniowania elektromagnetycznego miała niskie natężenie.
Maksymalna energia kinetyczna wyemitowanych elektronów - wybite elektrony z materiału mogą osiągnąć maksymalną energię związaną z napięciem hamującym.
Maksymalna energia kinetyczna nie zależy od natężenia padającego promieniowania elektromagnetycznego.
Częstotliwość progowa - każda metalowa powierzchnia charakteryzuję się pewną wartością częstotliwości poniżej której nie rejestruje się fotoprądu, czyli poniżej której elektrony nie są wybijane.

Z poprzedniego rozdziału wiemy już, że fala elektromagnetyczna ma dualną naturą tzn. jest falą, ale składa się z kwantów energii - fotonów. Dzięki temu

założeniu w 1905 roku Albert Einstein wyjaśnił zewnętrzny efekt fotoelektryczny. Założył on, że do wybicia elektronu z powierzchni metalu potrzebna jest

energia $W$ zwana pracą wyjścia. Jednakże tą energię może dostarczyć padający foton o energii $E_{f}$ równej bądź większej od pracy wyjścia:

$E_{f} \geq W$

Zatem fotony o energii mniejszej od pracy wyjścia nie powoduję zewnętrznego efektu fotoelektrycznego, czyli nie wybijają elektronów.

Równanie opisujące zewnętrzny efekt fotoelektryczny

Jeżeli padający foton ma energię większą od pracy wyjścia to foton nada elektronowi energię kinetyczną zgodnie z równaniem:

$E_{f} = W + E_{k max}$

gdzie:

$E_{f}$ - energia padającego fotonu,

$W$ - praca wyjścia,

$E_{k max}$ - maksymalna energia kinetyczna wybitego fotoelektronu.

Maksymalna energia kinetyczna fotoelektronów, zgodnie z równaniem zewnętrznego efektu fotoelektrycznego, opisywana jest wzorem:

$E_{k max} = E_{f} - W$

gdzie:

$E_{f}$ - energia padającego fotonu,

$W$ - praca wyjścia.

Korzystając ze wzoru na energię padającego fotonu:

$E_{f} = h ν$

gdzie:

$h$ - stała Plancka,

$ν$ - częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego.

Otrzymujemy:

$E_{k max} = h ν - W$

Zjawiska fotochemiczne - reakcje chemiczne, które zachodzą poprzez absorpcję kwantu energii promieniowania (fotonu).

Mateusz Bajda

Nauczyciel fizyki

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.