Efectul fotoelectric De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Sub acţiunea luminii electronii părăsesc metalul. Efectul fotoelectric extern este emiterea de electroni din materie în urma absorbţiei de
radiaţie electromagnetică, electromagnetică, de exemplu radiaţie ultravioletă sau raze X. X. Un termen învechit pentru efectul fotoelectric este efectul Hertz. Importanţa acestui fenomen în dezvoltarea domeniului fizicii constă în a sprijini dualitatea undă-corpuscul a radiaţiei electromagnetice. Explicaţia matematică a fenomenului a fost dată de Albert Einstein, Einstein, pe baza unor ipoteze cuantice formulate de Max Planck. Planck.
Descriere Când o suprafaţă metalică e expusă unui flux de radiaţie electromagnetică poate să genereze, în anumite condiţii, electroni liberi, care produc un curent electric dacă sunt acceleraţi sub acţiunea unui câmp electric. electric. Electronii emişi prin efectul fotoelectric se numesc fotoelectroni . Experimental s-a constatat că pentru a observa emisia de electroni este nevoie ca radiaţia electromagnetică să aibă o frecvenţă deasupra unei limite inferioare care depinde de natura materialului sau, echivalent, lungimea de undă trebuie să fie sub o anumită valoare. Intensitatea fluxului de radiaţie incident influenţează mărimea curentului electric produs, dar nu determină apariţia fenomenului.
În fizică fizică,, lungimea de undă este un parametru de bază al oricărui fenomen ondulatoriu (undă undă)) care se propagă în spaţiu şi anume reprezintă distanţa parcursă de undă pe durata unei oscilaţii, ori distanţa dintre două puncte din spaţiu între care defazajul relativ al oscilaţiilor este de 2π radiani.Astfel de fenomene pot fi de exemplu undele electromagnetice (lumina lumina,, undele radio radio,, etc.) şi undele mecanice (sunetele sunetele,, undele seismice,, etc.). Prin extensie, pentru orice fenomen care se repetă în spaţiu, perioada seismice de repetare se poate numi lungime de undă. De exemplu în matematică matematică,, dacă o funcţie sinusoidală are ca argument poziţia în spaţiu, atunci distanţa la care funcţia îşi repetă valorile se numeşte lungime de undă. Lungimea de undă este legată de viteza de propagare a undei respective şi de frecvenţa ei prin relaţia
unde simbolurile reprezintă: = lungimea de undă, c = viteza de propagare a undei în mediul respectiv, f = frecvenţa undei, inversa perioadei temporale, T = perioada undei.
λ
În cazul luminii c este 299.792.458 m/s în vid (valoare exactă, prin definiţia metrului metrului)) şi doar puţin mai mică în aer . În cazul undelor sonore propagate în aer c este 343 m/s la temperatura de 20°C. Lungimea de undă are un sens bine b ine definit numai în cazul unei unde monocromatice, monocromatice, adică de o singură frecvenţă şi ale cărei oscilaţii se repetă la infinit. În acest caz idealizat, lungimea de undă este cea mai mică mărime λ care îndeplineşte relaţia u ( x )
= u ( x + k λ) λ)
unde u este parametrul oscilant al undei (de exemplu intensitatea cîmpului electric în cazul unei unde electromagnetice, presiunea instantanee locală a mediului în cazul undelor sonore, etc.), x este poziţia de-a lungul direcţiei de propagare a undei, iar k este un număr întreg. întreg. Trebuie precizat că formula anterioară este riguros exactă numai în cazul undelor plane care se propagă într-un mediu omogen. În timp ce lungimea de undă depinde de mediul în care se propagă unda, frecvenţa undei este constantă, cel puţin în cazul în care sursa, receptorul şi mediul de propagare sînt în repaus relativ. De aceea, în precizarea parametrilor undei se preferă adesea frecvenţa acesteia. Dacă totuşi o undă este descrisă prin lungimea de undă a oscilaţiilor sale, trebuie precizat sau convenit mediul de propagare. De exemplu, în cazul luminii, există convenţia de a considera că toate lungimile de undă se referă la propagarea în vid.. vid
Explicaţie Efectul fotoelectric extern poate fi explicat simplu dacă se acceptă ipoteza că radiaţia electromagnetică este formată din particule (pe care le numim fotoni fotoni). ). Fiecare foton
poartă o cantitate de energie proporţională cu frecvenţa de oscilaţie a câmpului electromagnetic. La incidenţa fotonului pe suprafaţa unui metal este posibil ca această energie să fie transferată unui electron din reţeaua cristalină a metalului. Dacă energia transferată este suficientă pentru ca electronul să depăşească bariera de potenţial pusă de interfaţa dintre metal şi vid, atunci electronul poate părăsi cristalul şi deveni liber. Fiecare metal, prin proprietăţile sale cristaline, prezintă valori diferite ale pragului de energie impus electronilor la părăsirea suprafeţei, ceea ce explică faptul că metale diferite încep să emită fotoelectroni de la frecvenţe diferite. Energia unui foton poate fi transferată unui singur electron. Astfel, dacă energia fotonului este sub pragul de extragere a electronului din cristal, mărirea numărului de fotoni (intensificarea fluxului de lumină) nu poate ajuta la declanşarea efectului fotoelectric. Legile efectului fotoelectric extern
I. Intensitatea curentului fotoelectric de saturaţie depinde direct proporţional de fluxul radiaţiei electromagnetic de incidenţă când frecvenţa este constantă. II. Energia cinetică maximă a fotoelectronilor emişi este direct proporţională cu frecvenţa radiaţiei electromagnetică incidente şi nu depinde de flux. III. Efectul fotoelectric se produce dacă şi numai dacă frecvenţa radiaţiei electromagnetice incidente este mai mare sau egală decât o constantă de material numită "frecvenţa de prag" sau "pragul roşu". IV. Efectul fotoelectric extern este practic instantaneu. Formule
Cantitativ, efectul fotoelectric se poate descrie folosind formula:
unde •
•
•
•
este constanta lui Planck; Planck; f este frecvenţa fotonului incident; f 0 este frecvenţa minimă la care are loc efectul fotoelectric; masa,, respectiv viteza electronului după ieşirea din cristal; m şi v sunt masa h
Energia fotonului incident este hf ; această energie se conservă: o parte se regăseşte în reţeaua cristalină a metalului şi o parte este transferată sub formă de energie cinetică electronului devenit liber. Dacă se notează cu φ = hf 0 lucrul mecanic de extracţie şi cu E energia cinetică a electronului, formula de mai sus se poate rescrie astfel: c c
hf =
φ + E Adus de la http://ro.wikipedia.org/wiki/Efectul_fotoelectric c c
