1. Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego 2. Badanie zjawiska fotoelektrycznego

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Edyta Karpicka 150866

WPPT/FT/Optometria

Plan prezentacji

1. Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego 2. Badanie zjawiska fotoelektrycznego

3. Maksymalna energia kinetyczna elektronów

4. Charakterystyka prądowo-napięciowa fotokomórki.

5. Częstotliwość graniczna.

5. Częstotliwość graniczna.

6. Wyznaczanie stałej Plancka

7. 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 wystawiona na promieniowanie ultrafioletowe ładuje się dodatnio, a płytka naładowana ujemnie traci ładunek, nawet jeśli jest umieszczona w próŜni.

J.J.Thomas stwierdził, Ŝe fotoefekt polega na emisji elektronów : zmierzył

stosunek (ładunek/masa) dla emitowanych cząsteczek (1897), a w 1899 wyznaczył ich ładunek.

[Ŝródło: Dr M. Klisowaka, Instytut Fizyki Uniwersytetu Rzeszowskiego]

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

Nobel prize 1922

Nobel prize 1922

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.

Schemat układu pomiarowego do badania efektu fotoelektrycznego.

[źródło: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf]

-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.

Maksymalna energia kinetyczna elektronów

V

- potencjał hamujący

dla napięć mniejszych od pewnego –V

prąd przez ogniwo przestaje płynąć: -V < - V

E

-maksymalna energia kinetyczna

jest równa pracy pola elektrycznego (między jest równa pracy pola elektrycznego (między anodą i katodą) potrzebnej do całkowitego

zahamowania elektronu w fotokomórce:

E

=e V

gdzie e - ładunek elektronu

V

a więc E

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

Charakterystykia prądowo-napięciowa dla dwóch róŜnych natęŜeń światła Ф1 i Ф2 (Vh - potencjał hamujący)

[Ŝródło:Jerzy Filipowicz, Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego]

-brak zmiany potencjału

hamującego

Częstotliwość graniczna

- poniŜej częstości granicznej nie obserwujemy EF

-wartość częstości granicznej zaleŜy od materiału katody

-zgodnie ze wzorem Einsteina, częstość

[źródło: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf]

-zgodnie ze wzorem Einsteina, częstość graniczna mierzy pracę wyjścia W :

W = hv

ZaleŜność natęŜenia prądu od częstotliwości v dla dwóch róŜnych materiałów fotokatody A i B

V

Wyznaczanie stałej Plancka

hv=W+E

(1) E

=

V

V

= (h/e)v-W/e

Tak więc teoria Einstaina przewiduje liniowy związek między potencjałem hamowania Vh, a częstotliwością

padającego światła v.

[źródło: http://www.fuw.edu.pl/~krolikow/FIVBC/i3_efekt_fotoelektryczny.pdf]

ZaleŜność potencjału hamowania Vh od częstotliwości v padającego światła

Vg - częstotliwość graniczna W-praca wyjścia

e-ładunek elektronu

tan α = (W/e) / ν= (h ν/e) / ν = h/e padającego światła v.

h= 6,626755*10 ^-34 J s

prosta: y=ax+b

gdzie y=V

x=v , a= h/e , b=W/e

Podsumowanie doświadczenia

1. Potencjał hamujący, a co za tym idzie maksymalna energia

kinetyczna fotoelektronów E

nie zaleŜy od natęŜenia światła 2. Dla kaŜdej fotokatody istnieje charakterystyczna częstotliwość

graniczna v (zaleŜna od materiału fotokatody) . Dla częstotliwości graniczna v (zaleŜna od materiału fotokatody) . Dla częstotliwości mniejszych od v

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 - 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