Füüsika

Fotoelektriline efekt


Fotoelektriline efekt on hea näide katsetulemuste kokkusobimatusest Maxwelli pakutud elektromagnetilise teooriaga.

Lühidalt, see on nähtus, kus elektronid kiirgavad metalli pinnalt kokkupuutel elektromagnetilise kiirgusega.

Heinrich Hertz oli üks esimesi teadlasi, kes seda nähtust vaatas. Ta kasutas sädemeseadet, mis koosneb kahest vooluringist: üks lainete genereerimiseks ja teine ​​nende tuvastamiseks, eraldatud kindla vahemaaga. Põhimõtteliselt oli tegemist seadmega, millel olid kaks erineva potentsiaaliga ühendatud metallplaati, kus toimusid elektrilahendused.

Hertz leidis kogemata, et generaatoriplaadil tekkivad sädemed tekitasid vastuvõtuplaadil sädemeid. Pärast täiendavaid katseid jõudis ta järeldusele, et valgus oli võimeline tekitama sädemeid ja nähtust täheldati ainult ultraviolettvalguse käes.

Hertzi eksperiment kinnitas elektromagnetiliste lainete olemasolu ja Maxwelli valguse levimise teooriat, kuna teadlane suutis toota elektromagnetilisi laineid, mida nüüd tuntakse mikrolainetena. Uudsus oli ultraviolettvalguse mõju elektrilahendusele, kuna sellel asjaolul polnud veel selgitust.

1889. aastal näitas Wilhelm Hallwachs, et ultraviolettkiirgusega valgustatuna väljutavad metallpinnad nagu tsink, kaalium ja naatrium negatiivselt laetud osakesi. Sel ajal oli elektroni olemasolu, mida alles 1897. aastal avastati, veel teadmata.

Nagu von Thomson, mõõtis Philipp von Lenard ka väljutatud osakeste laengu ja massi suhet ning järeldas, et Hertzi täheldatud sädemete suurenemine oli tingitud tema poolt nimetatud elektronide emissioonist. fotoelektronid.

Alloleval joonisel on kujutatud seadme illustratsiooni, mis võimaldab meil jälgida fotoelektrilist efekti:

Ülaltoodud katseaparaadis sageli teatud valgus f See valgustab vaakumhooldusega torus olevat metallpinda ja sellest pinnast eralduvad elektronid. Kaks plaati hoitakse potentsiaalse erinevusega. V. Kui emiteeritud elektronidel on kollektorini jõudmiseks piisavalt energiat, võetakse need kinni ja seda vaadeldakse elektrivooluna. imis registreeritakse ampermeetril A. Sagedus f, intensiivsus Mina valguse potentsiaalide erinevus V ja saatja materjal võivad erineda.

Selles katses saadud katsetulemused on loetletud allpool:

  • Ampermeetril mõõdetud elektrivool ilmub kiirgava pinna valgustusprotsessis peaaegu kohe, isegi kui langeva valguse intensiivsus on madal. Valgustusaja ja elektrivoolu ilmumise vaheline viivitus on suurusjärgus 10-9 s ja see ei sõltu langeva valguse intensiivsusest.
  • Kui fikseerime sageduse ja ddp, on elektrivool otseselt proportsionaalne langeva valguse intensiivsusega.
  • Kui fikseerime langeva valguse sageduse ja intensiivsuse, siis voolutugevus väheneb, kui ddp suureneb. Elektrivool lakkab teatud väärtuseni V, kutsus elektrilise pidurdamise potentsiaal või elektrilõikuse potentsiaal, V0, mis ei sõltu langeva valguse intensiivsusest.
  • Teatud kiirgava materjali korral varieerub pidurduspotentsiaal lineaarselt sagedusega vastavalt võrrandile:

    Kus w0on konstant, mida nimetatakse tööfunktsioonolles seega materjali funktsioon. Seda meenutades h on Plancki konstant, mille väärtus on h = 6,63x10-34 Js ja ja on elektronide laeng (e = 1,6x10-19 C).

  • Iga materjali kohta on a piiri sagedus või sageduse lävimillest allpool elektronid ei eraldu, sõltumata langeva valguse intensiivsusest.



Video: Photoelectric Effect, Photoelectron Spectroscopy, Photoelectron Microscopy (Oktoober 2021).