Zadanie - zjawisko fotoelektryczne Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem światła o odpowiedniej częstotliwości (długości). Obliczyć długość fali światła wywołującej zjawisko fotoelektryczne dla różnych metali. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne zachodzi wtedy, gdy na czystą powierzchnię metalu pada odpowiedniej długości (częstotliwości) światło. Światło o większej długości (o mniejszej częstotliwości) efektu fotoelektrycznego nie wywoła. Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) Atom. Foton. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne

Zadanie

Obliczyć długość fali światła wywołującej zjawisko fotoelektryczne dla poszczególnych metali: cez, rubid, sód, glin, cynk, miedź, żelazo, platyna.

Rozwiązanie zadania

Obliczenia dla cezu

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem światła.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne - zadania,

"Stajesz się kimś tylko w starciu z tym, co stawia ci opór."
Antoine de Saint Exupery

"Gdy przyjmujemy hipotezę, że substancja składa się z atomów, nie możemy uniknąć wniosku, że także elektryczność, zarówno dodatnia jak i ujemna jest podzielona na elementarne części, które zachowują się jak atomy elektryczności."

Hermann Helmholtz - niemiecki fizyk, fizjolog, filozof, lekarz

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne zachodzi dla metali czyli dla substancji, w których oprócz elektronów na stałe związanych z atomami są także elektrony swobodne.

Elektrony swobodne nie są związane z atomami, mogą poruszać się w całej objętości bryły metalu.

Strukturę metalu tworzą jony dodatnie i poruszające się między nimi elektrony swobodne.

Energia dostarczana przez światło potrzebna jest do oderwania elektronu związanego z atomem.

Jeden z elektronów swobodnych zajmuje wolne miejsce.

Emituje elektron związany z jądrem, ponieważ musi być spełnione prawo zachowania pędu w zjawisku zderzenia fotonu z jonem.

Elektrony swobodne nie mogą samoistnie opuścić objętości metalu ze względu na oddziaływania jonów sieci krystalicznej metalu.

Elektrony pokonują barierę potencjału - wykonują pracę przeciwko siłom pola elektrycznego.

Minimalna energia potrzebna do ucieczki elektronu z metalu to inaczej praca wyjścia lub energia wyjścia W.

Pracę wyjścia podajemy najczęściej w elektronowoltach dla uniknięcia konieczności posługiwania się bardzo małymi liczbami (ach te ujemne potęgi dziesiątki!)

Wartości pracy wyjścia elektronu z metali w elektronowoltach

Lp.	pierwiastek - metal	symbol chemiczny	praca wyjscia [w elektronowoltach]
1.	cez	Cs	2,14
2.	rubid	Rb	2,16
3.	sód	Na	2,75
4.	glin	Al	4,28
5.	cynk	ZN	4,33
6.	miedź	Cu	4,65
7.	żelazo	Fe	4,70
8.	platyna	Pt	5,65

Powrót na górę strony

Inna strona o zjawisku fotoelektrycznym

Wzór Einsteina-Millikana - zasada zachowania energii dla zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego

Wielkości

W – praca wyjścia elektronu

E_k – energia kinetyczna fotoelektronu

E – energia kwantu fotonu

h – stała Plancka

c – prędkość światła w próżni

Zadanie

Obliczyć długość fali światła wywołującej zjawisko fotoelektryczne dla poszczególnych metali.

Obliczymy w ten sposób największą długość fali świetlnej wywołującej zjawisko fotoelektryczne. Efekt ten zajdzie też dla wszystkich fal o długości mniejszej.

Pamiętać trzeba, że długość fali obliczona w zadaniu jest długością fali w próżni. W ośrodkach materialnych długość fali jest mniejsza, ale ważna jest długość fali obliczona dla próżni.

Najlepszym miernikiem granicznym efektu fotoelektrycznego jest częstotliwość - nie zmienia się w ośrodku materialnym, jeśli światło przechodzi przez ten ośrodek.

Rozwiązanie

Wzór Einsteina-Millikana dla fali granicznej - wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. Wzór ten jest zastosowaniem zasady zachowania energii dla zjawiska fotoelektrycznego. Energia fotonu rozdziela się na energię potrzebną do pokonania sił przyciągania oraz na energię kinetyczną fotoelektronu.

Powrót na górę strony

Praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu to energia potrzebna do tego by wyrwać elektron z powłoki i pokonać siłę oddziaływania jonów sieci krystalicznej. Na miejsce opuszczone przez elektron w jonie sieci krystalicznej wędruje elektron swobodny.

Praca wyjścia i maksymalna długość fali światła wywołującej zjawisko fotoelektryczne w nanometrach [nm] dla wybranych metali. Jeden nanometr to miliardowa część metra.

Wyniki obliczeń granicznych długości fali świetlnej (w próżni)

Lp.	pierwiastek - metal	symbol chemiczny	maksymalna długość fali światła wywołującej zjawisko fotoelektryczne [w nanometrach]
1.	cez	Cs	581
2.	rubid	Rb	575
3.	sód	Na	452
4.	glin	Al	280
5.	cynk	ZN	287
6.	miedź	Cu	267
7.	żelazo	Fe	264
8.	platyna	Pt	220

Do wyjaśnienia zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego konieczne było przyjęcie hipotezy Maxa Plancka - energia światła przenoszona jest w postaci kwantów (porcji) energii.

Wartość energii jednego kwantu jest równa iloczynowi częstotliwości fali świetlnej i stałej.

"Po kilku nieudanych próbach, rozpoczętych w 1897 r. Planck opracował wzór opisujący promieniowanie ciała doskonale czarnego. Według teorii Plancka wielkość kwantu światła zależy od częstotliwości światła oraz stałej fizycznej, którą Planck oznaczył jako h. Hipoteza Plancka była całkowicie sprzeczna z ówczesnymi poglądami na naturę promieniowania, jednakże pozwoliła Planckowi na wyprowadzenie dokładnego, poprawnego wzoru opisującego promieniowanie ciała doskonale czarnego."

Powrót na górę strony

Praca wyjścia fotoelektronów dla niektórych metali

1.  Cez     - Cs - 2,14 


2.  Rubid   - Rb - 2,16 


3.  Sód     - Na - 2,75 


4.  Glin    - Al - 4,28 


5.  Cynk    - Zn - 4,33 


6.  Miedź   - Cu - 4,65 


7.  Żelazo  - Fe - 4,70 


8.  Platyna - Pt - 5,65  

319. Zasada zachowania energii w zjawisku fotoelektrycznym.
318. Zjawisko fotoelektryczne. Polega ono na tym, że światło wybija z powierzchni czystych metali elektrony.
320. Zasada zachowania energii w zjawisku fotoelektrycznym.
POWRÓT DO "FALE"
POWRÓT DO "ATOMU"
Powrót na górę strony
45. 2012-01-26