Jan Królikowski Fizyka IVBC
1
1
r. akad. 2004/2005
I.3 Efekt fotoelektryczny
Wzór Einsteina (1905):
E
k
=(1/2m)V
2
=h
ν-W
Jan Królikowski Fizyka IVBC
1
1
r. akad. 2004/2005
I.3 Efekt fotoelektryczny
Wzór Einsteina (1905):
E
k
=(1/2m)V
2
=h
ν-W
Jan Królikowski Fizyka IVBC
2
2
r. akad. 2004/2005
Historia badania efektu fotoelektrycznego (EF)
Przewidziany i zaobserwowany przez Hertza w 1887.
Dokładniejsze badania prowadzili w następnych latach Hallwachs
i Stoletow. Ustalili podstawowe własności EF:
•
Prąd w ogniwie wzrasta ze wzrostem natężenia fali UV.
•
Energia cząstek EF (elektronów) nie zależy od natężenia fali.
•
Maksymalna energia elektronów wzrasta ze wzrostem
częstości UV
.
Dla każdego materiału katody istnieje częstość
graniczna poniżej której EF nie zachodzi.
•
EF jest natychmiastowy
.
Te własności są sprzeczne z falową naturą
promieniowania e-m.
W 1900 Lenart zmierzył e/m cząstek EF i udowodnił, że są one
elektronami.
W 1905 Einstein podał teorię EF, wprowadzając za Planckiem
energię fotonu E
γ
=hν.
Jan Królikowski Fizyka IVBC
3
3
r. akad. 2004/2005
Efekt fotoelektryczny to emisja elektronów z metalu bombardowanego
promieniowaniem e-m (UV).
A
UV
e
le
kt
ro
n
y
Katoda metalowa
(np. Zn)
Próżnia
Jan Królikowski Fizyka IVBC
4
4
r. akad. 2004/2005
Cząstki uwalniane z metalu pod wpływem promieniowania niosą
ujemny ładunek
+
+
+
_
_
_
W 1900 Lenart zmierzył e/m
tych ujemnych cząstek i
zidentyfikował je jako elektrony.
Dodatnio naładowany
elektroskop nie rozładowuje się.
Ujemnie naładowany
elektroskop rozładowuje się.
Jan Królikowski Fizyka IVBC
5
5
r. akad. 2004/2005
Pomiar maksymalnej energii kinetycznej elektronów
A
UV
e
le
kt
ro
n
y
V
Przykładamy napięcie
hamujące elektrony -V.
Obserwujemy, że dla
napięć mniejszych od
pewnego –V
max
prąd przez
ogniwo przestaje płynąć:
-V < -V
max
Maksymalna energia
kinetyczna elektronów:
E
k,max
= eV
max
Jan Królikowski Fizyka IVBC
6
6
r. akad. 2004/2005
Charakterystyka prądowo- napięciowa fotoogniwa – zależność od
natężenia światła
U
I
-V
max
Wzrasta
natężenie
światła
Jan Królikowski Fizyka IVBC
7
7
r. akad. 2004/2005
Charakterystyka prądowo- napięciowa – zależność od częstości
U
I
-V
max
Wzrasta
częstość
światła
Jan Królikowski Fizyka IVBC
8
8
r. akad. 2004/2005
Częstość graniczna
NATĘŻENIE
PRĄDU I
CZĘSTOŚĆ
ν
ν
g
Poniżej częstości granicznej
nie obserwujemy EF.
Wartość częstości granicznej
zależy od materiału katody.
Zgodnie ze wzorem
Einsteina, częstość graniczna
mierzy pracę wyjścia W:
W=h
ν
g
Jan Królikowski Fizyka IVBC
9
9
r. akad. 2004/2005
Zależność napięcia hamującego V
max
od częstości padającego
promieniowania e-m
CZĘSTOŚĆ
V
max
W/e
tan
α = h/e
TA ZALEŻNOŚĆ
UMOŻLIWIA
WYZNACZENIE
STAŁEJ PLANCKA h
h= 6.626755
∑10
-34
J s
Jan Królikowski Fizyka IVBC
10
10
r. akad. 2004/2005
Wewnetrzny EF w półprzewodnikach
Jądrowy EF
JĄDRO
Proton lub neutron
Pasmo przewodnictwa
Pasmo walencyjne
domieszki
PROMIENIOWANIE X
LUB GAMMA