195. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne - właściwości
Korpuskularne własności światła - fotony
Zjawisko fotoelektryczne powoduje emisję elektronów z powierzchni ciała.
Elektrony unoszą ze sobą ładunek elektryczny ujemny.
Z zasady zachowania ładunku elektrycznego wynika, że ciało musi "uzyskać" ładunek dodatni.
Zadanie
Na izolowaną od otoczenia płytkę z rubidu umieszczoną w opróżnionej z powietrza bańce pada światło.
Jaki ładunek uzyska płytka pod wpływem tego światła?
Obliczenia przeprowadzić dla światła o energii fotonu równej 3 elektronowolty i dla ilości 200 zaabsorbowanych fotonów.
Praca wyjścia dla rubidu równa jest 2,16 eV.
Rozwiązanie
Zakładamy, że emisja jednego fotoelektronu nie ma wpływu na emisję drugiego fotoelektronu.
Spełniony jest podstawowy warunek zajścia zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego – energia fotonu jest większa niż praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu (rubidu). Na pewno więc zajdzie emisja fotoelektronów.
Przy założeniu, że każdy foton o energii 3 eV padający na powierzchnię rubidu wywoła emisję fotoelektronu nastąpi naładowanie się płytki rubidu.
Każdy elektron unosi 1 ładunek o wartości ładunku elementarnego. Ładunek elektronu w atomie jest kompensowany przez odpowiadający mu ładunek dodatni znajdujący się w protonie. Protony są z kolei składnikami jądra atomowego.
Każdy foton o podanej energii może wywołać emisję jednego elektronu. Pozostała część energii niesiona przez foton ujawnia się w formie energii kinetycznej fotoelektronu.
Płytka rubidu uzyska więc ładunek dodatni o wartości 200 ładunków elementarnych. Oznacza to, że wokół płytko rubidu będzie istniało pole elektryczne utrudniające wyrwanie się każdego następnego fotoelektronu.
Dla większych ilości fotonów musimy więc zrezygnować z założenia o braku wpływu emisji poprzedniego fotoelektronu na emisję następnego
Założenie to możemy zastąpić innym - płytka rubidu ma stale ładunek zero, czyli do płytki przyłożone jest niezmiernie mały ujemny potencjał umożliwiający uzupełnienie brakującego ładunku. Problem w tym, jak zrealizować to praktycznie.
195.6-2008.07.24
kontakt