Embed Size (px)
DESCRIPTION
Fotoelektrični efekt - fizika
Citation preview
Fotoelektrični učinak
..\FOTOELEKTRICNI UCINAK.WMV
Granična frekvencija (fo)
Granična valna duljina (o)
Fotoelektrični učinak (efekt)
oo f
c
A
+
-V
Struju izbijenih elektrona možemo mjeriti
Možemo joj smanjiti jakost...
...i zaustaviti je.
eU = Ek.
1
1
1
2
2
2
c
vmcEk Za v << c vrijedi:
2
2mvEk
Struja prestaje teći kada je:
Ek – kinetička energija najbržih izbijenih elektrona
0 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
2,50
2,00
Ek /eV
0,50
3,00
0,00f / PHz
fo
1,00
1,50
436 nm
405 nm
365 nm
313 nm
254 nm
E k =
h (f
- f o)
Ovisnost kinetičke energije najbržih izbijenih elektrona ofrekvenciji zračenja za natrij
Fotoelektrični učinak ne možemo objasniti zamišljajući daelektromagnetsko zračenje djeluje na elektrone kao val.
Energija fotona:
Einstein: Elektomagnetsko zračenje moramo zamisliti kao rojčestica (fotona) koje se sudaraju s elektronima.
Ef = hf.
Do fotoelektričnog učinka dolazi kada je:
Wi = hfo
hf Wi
Wi – izlazni rad
Ef > Wi
fo – granična frekvencija
hf = hfo + Ek
Ef = Wi + Ek
Ek = h(f - fo).
Fotoćelija
..\FOTOCELIJA.WMV
Primjer: Kada elektromagnetsko zračenje valne duljine 254 nm obasjava pločicu od cezija, za zaustavljanje fotoelektrona potreban je napon od 3 V. Ako upotrijebimo zračenje valne duljine 436 nm zaustavni napon je 0,9 V. Odredimo vrijednost Planckove konstante.
Rješenje:1 = 254 nmU1 = 3 V2 = 436 nmU2 = 0,9 V
h = ?
Ef = Wi + Ek
Ek = eU
)(
)(
12
2121
c
UUeh
11
eUWc
h i 2
2
eUWc
h i
)m10254m10436(s m103
)V 9,0V 3(m10436m10254C10602,19918
9919
h
h = 6,824·10-34 J s
,= 254·10-9 m
c
f
= 436·10-9 m
Ef = hf
Zadatak 1: Izlazni rad za natrij je 2,3 eV, cezij 2,1 eV, bakar 4,7 eV i željezo 4,5 eV. Koji od ovih metala neće emitirati elektrone kada ga obasjamo vidljivim zračenjem (400-750 nm)?
Rješenje:
= 400 nm
Ef = 4,9710-19
J
m10400
s m103s J 10626,6
9-
-1834
= 3,1 eV
Ef = ?
WFe = 4,5 eV > 3,1 eV
WCu = 4,7 eV > 3,1 eV WNa = 2,3 eV < 3,1 eV
WCs = 2,3 eV < 3,1 eV
= 400·10-9 m
c
hE f
Zadatak 2: Iz metalne ploče ozračene valnom duljinom 134 nm izlijeću elektroni maksimalnom brzinom 1,52 106 m s-1. Kolika je granična valna duljina? Masa elektrona je 9,110-31 kg.
Rješenje:
= 134 nmv = 1,52·106 m s-1
me = 9,1·10-31 kg
o = ?
Ef = Wi + Ek
2
2mvW
ch i
2
2mvchWi
Wi = 4,3210-19 J
2
)s m10(1,52kg109,1
m10134
s m103s J10626,6
2-16-31
9-
-1834
iW
oi
chW
iW
hc o
o = 4,610-7 m = 460 nm
J104,32
s m103s J10626,619-
-1834
= 134·10-9 m
Zadatak 3: Kolika je najveća brzina fotoelektrona izbijenih iz željeza (granična valna duljina za željezo je 262 nm) fotonima energije 511 keV? Smijemo li za kinetičku energiju upotrijebiti klasični izraz? Masa elektrona je 9,110-31 kg.
Rješenje:
o = 262 nmEf = 511 keVme = 9,1·10-31 kg
v = ?
Ef = Wi + Ek
ko
f Ec
hE
ofk
chEE
m10262
s m103s J106,626-J10176,8
9-
-1834-14
Ek = 8,17610-14 J
2
2mvEk
m
Ev k2
= 4,2108 m s-1kg109,1
J10176,8231-
14
= 262·10-9 m= 8,17610-14 J
1
1
1
2
2
2
cv
mcEk
1
1
1
2
22
cvmc
Ek
2
2
21
1
1
mc
E
cv
k
2
2
2
1
11
mc
Ec
v
k
2
2
2
2
2
1
kEmc
mc
c
v
2
2
2
2
2
1
kEmc
mc
c
v
2
2
2
1
kEmc
mccv
2
1421-831
21-8311-8
J10176,8s m103kg101,9
s m103kg101,91s m103
v
v = 2,6108 m s-1
Zadatak 4: Granična valna duljina zračenja koja izaziva fotoelektrični učinak na srebru je 261 nm. Kolika je maksimalna kinetička energija elektrona (u eV) koji izlijeću iz srebra kada ga ozračimo valnom duljinom 200 nm?
Rješenje:o = 261 nm = 200 nmme = 9,1·10-31 kg
= 261·10-9 m= 200·10-9 m
Ek= ? Ek = h(f - fo) c
f o
o
cf
ok hcE
11
m 10261
1
m 10200
1s m103s J 10626,6
991-834
Ek= 2,3210-19 J = 1,45 eV
Zadatak 5: Kada se površina platinske ploče ozrači valnom duljinom 180 nm, javlja se fotoelektrični učinak, koji nestaje kada je ploča na naponu 1 V. Kolika je najveća valna duljina kod koje dolazi do fotoefekta? Naboj elektrona je 1,610-19 C.
Rješenje:
= 180 nmU = 1Ve = 1,6·10-19 C
= 180·10-9 m
o = ?Ek = h(f - fo)
cf
oo
cf
Ek = eU
s J10626,6s m 103
V 1C 106,1
m 10180
1341-8
19
9
o = 2,1010-7 m = 210 nm
ch
eU
11
0
