zjawisko fotoelektryczne

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE
Edyta Karpicka
150866
WPPT/FT/Optometria
Plan prezentacji
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego
Badanie zjawiska fotoelektrycznego
Maksymalna energia kinetyczna elektronów
Charakterystyka prądowo-napięciowa fotokomórki.
Częstotliwość graniczna.
Wyznaczanie stałej Plancka
Podsumowanie doświadczenia
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.
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
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.
-Pojawia się natychmiast gdy oświetlimy
fotokatodę światłem o dostatecznie duŜej
częstotliwości.
Schemat układu pomiarowego do badania efektu
fotoelektrycznego.
[źródło: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf]
Maksymalna energia kinetyczna
elektronów
V h- potencjał hamujący
dla napięć mniejszych od pewnego –V h prąd
przez ogniwo przestaje płynąć: -V < - V h
Emax-maksymalna energia kinetyczna
jest równa pracy pola elektrycznego (między
anodą i katodą) potrzebnej do całkowitego
zahamowania elektronu w fotokomórce:
Emax=e Vh
gdzie e - ładunek elektronu
Vh a więc Emax
nie zaleŜy od natęŜenia światła
[źródło: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf
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]
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: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf]
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
tan α = (W/e) / ν= (h ν/e) / ν = h/e
ZaleŜność potencjału hamowania Vh od częstotliwości v
padającego światła
Vg - częstotliwość graniczna
W-praca wyjścia
e-ładunek elektronu
[źródło: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf]
h= 6,626755*10-34J s
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.
Bibliografia
-R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN, Warszawa 1983
-D. Halliday, R. Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki, PWN, Warszawa 2003
-J.Orear, Fizyka tom 2, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1993
-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,
-http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf