Dział II Fizyka atomowa.

Dział II

Fizyka atomowa.

Temat:

Efekt fotoelektryczny

 Widmo światła



 ^{760nm 380nm}

 - długość fali - częstotliwość



 

 c

c - prędkość światła

 ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

polega na tym, że w wyniku oświetlania określonym promieniowaniem

elektromagnetycznym z powierzchni metalu wybijane są elektrony.

A. Dla każdego metalu istnieje pewna

częstotliwość graniczna, poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi.

gr 



efekt nie zachodzi efekt fotoelektryczny

 gr - częstotliwość graniczna

B. Energia kinetyczna emitowanych elektronów zależy od częstotliwości (długości) fali, a nie zależy od jej

natężenia (natężenia oświetlenia, promieniowania).

gr 



E_k

C. Natężenie prądu, który pojawia się w obwodzie, jest proporcjonalne do natężenia promieniowania (światła) padającego na katodę.

Im większe jest natężenie

promieniowania (światła), tym większe jest natężenie prądu.

 Schemat układu do badania zjawiska fotoelektrycznego.

V

mA

K e A

światło e

e e e

Legenda:

K – katoda A – anoda e – elektron

 Potencjał hamujący (napięcie hamowania)

- praca pola elektrycznego,

gdzie to potencjał (napięcie) między elektrodami

V q

W  

V

max

Ek

W 

- aby zatrzymać efekt fotoelektryczny:

to praca pola elektrycznego musi być równa maksymalnej energii kinetycznej

 Planck przyjął, że światło emitowane jest w postaci porcji energii

- kwantów energii, nazwanych fotonami.

Temat:

Efekt fotoelektryczny - foton.

Max Planck 1858-1947

1889 odkrył stałą fizyczną następnie nazwaną jego nazwiskiem

http://pl.wikipedia.org/wiki/Max_Planck

 Wartość kwantu energii

ε

gdzie h to stała Plancka

ε

s J h  6,6310^34 

 Charakterystyka fotonu:

– nie posiada masy spoczynkowej, czyli istnieje gdy się porusza,

– w próżni ma stałą prędkość c = 300000^km/_s , w ośrodku prędkość fotonu zależy od

współczynnika załamania,

– gdy przechodzi przez ośrodek

częstotliwość nie zmienia się, zmienia się długość fali z nim stowarzyszonej.

 Einstein zinterpretował zjawisko

fotoelektryczne jako zderzenie dwóch cząstek: fotonu i elektronu.

Albert Einstein 1879-1955 Nagroda Nobla 1921

za interpretację zjawiska fotoelektrycznego

http://pl.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

 Energia fotonu

ε

- wybicie elektronu z sieci krystalicznej metalu, pracę wyjścia W,

- nadanie prędkości, dostarczenie energii kinetycznej E_k .

 Co zapisujemy symbolicznie:

ε

 Wzór Millikana-Einsteina powstaje po podstawieniu energii kwantu i energii kinetycznej do wzoru:

2 mv2

W h  

Robert Millikan 1868-1953 Nagroda Nobla 1923

za wyznaczenie ładunku elementarnego i prace nad zjawiska fotoelektrycznego

http://pl.wikipedia.org/wiki/Robert_Millikan

ε

 Pamiętając, że praca wyjścia oraz energia kinetyczna

h gr

W ^ 

h

k eV

E 

h

gr eV

h

h   

otrzymujemy inną postać wzoru Millikana-Einsteina:

Zad. 1

 Obliczyć graniczną długość fali ν_g

zjawiska fotoelektrycznego dla srebra, dla którego praca wyjścia W = 4,7 eV.

Zad. 2

 Obliczyć pracę wyjścia W elektronów wybijanych z powierzchni cezu, dla których graniczna długość fali

zjawiska fotoelektrycznego wynosi λ_g = 660 nm.

Wynik podać w dżulach i elektronowoltach.

Temat:

Atom wodoru.

 Model atomu Thomsona

– 1898 odkrycie elektronu

Joseph Thomson 1856-1940 Nagroda Nobla 1906

za prace nad przewodnictwem prądu elektrycznego w gazach

http://pl.wikipedia.org/wiki/Joseph_John_Thomson

– model ciastka z rodzynkami

 Doświadczenie Rutherforda

ekran

źródło

promieniowania

cząstki α

folia złota

Ernst Rutherford 1871-1936

http://pl.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford

 Przewidywania teoretyczne

(cząstki alfa przelatują przez folię):

– istnieją jedynie niewielkie odchylenia od pierwotnego ruchu cząstek.

 Interpretacja doświadczenia

(cząstki napotykając folię są odchylane pod różnymi kątami a nawet zawracane):

– ładunek dodatni jest skupiony w małym jądrze atomowym,

– elektrony krążą w dużej odległości od jądra.

 Widma atomowe różnych gazów.

wodór niewidoczne prążki

fioletowe

hel

neon

pary rtęci

 Wzór Balmera opisujący widmo wodoru:

gdzie jest stałą Rydberga.



 



 

 ₂ 1₂

2 1 1

R_H n

n H m

R 1,09710^{7 1}

658nm 486nm 434nm

410nm 397nm

n 



3 4 5 6 7

n =

Johann Jakob Balmer 1825-1898

http://pl.wikipedia.org/wiki/Johann_Jakob_Balmer

 Model atomu wodoru wg Bohra.

Postulaty Bohra:



2 n h r

mv_{n n} 

1. Elektron w atomie wodoru porusza się po kołowej orbicie dookoła jądra pod

wpływem siły coulombowskiej i zgodnie z prawami Newtona.

2. Elektron może poruszać się po takiej orbicie dla której moment pędu jest

równy wielokrotności stałej Plancka.

3. Elektron poruszający się po orbicie stacjonarnej nie wypromieniowuje energii elektromagnetycznej.

4. Atom przechodząc ze stanu E_n do

stanu E_k wypromieniowuje kwant energii

k

n E

E

h



Niels Bohr 1885-1962

http://pl.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr

 Stan podstawowy elektronu

- stan, w którym energia elektronu jest najniższa.

eV E₁  13,6

 Stan wzbudzony elektronu

- stan, w którym energia elektronu jest wyższa, znajduje się on na wyższej orbicie.

2 1

n E_n  E

 Energie elektronu na kolejnych orbitach oraz serie widmowe.

1 2 3 n

-13,6 -3,4 -1,51

-0,85 4

E [eV]

seria

Balmera

seria

Paschena

seria Lymana

Zad. 1

Oblicz energię kwantu pochłanianego przez elektron przeskakujący z orbity pierwszej na trzecią.

Wyraź ją w elektronowoltach i dżulach.

Zad. 2

Oblicz energię kwantu emitowanego

przy przejściu elektronu z orbity trzeciej na drugą i wyraź ją w dżulach.

Podaj częstotliwość oraz długość fali emitowanej podczas tego przejścia elektronu.

Jeśli to możliwe podaj barwę światła.