obiective de învățare
- descrieți efectul fotoelectric.
esti un fan al science fiction?
în vechile povestiri science fiction (anii 1950), una dintre temele călătoriilor spațiale a fost utilizarea pânzelor solare pentru propulsie. Ideea era că presiunea fotonică de la soare va împinge Vela (ca velele vântului) și va muta ambarcațiunea spațială. Ceea ce a fost cândva science fiction este acum realitate, deoarece pânzele solare sunt dezvoltate și testate pentru călătoriile spațiale moderne.
efect fotoelectric și natura particulelor luminii
În 1905 Albert Einstein (1879-1955) a propus ca lumina să fie descrisă ca fiind cuante de energie care se comportă ca particule. Un foton este o particulă de radiație electromagnetică care are masă zero și poartă un cuantum de energie. Energia fotonilor de lumină este cuantificată conform ecuației e = hv. Timp de mulți ani, lumina a fost descrisă folosind doar concepte de undă, iar oamenii de știință instruiți în fizica clasică au găsit această dualitate undă-particulă a luminii ca fiind o idee dificil de acceptat. Un experiment cheie care a fost explicat de Einstein folosind natura particulelor luminii a fost numit efectul fotoelectric.
efectul fotoelectric este un fenomen care apare atunci când lumina strălucită pe o suprafață metalică determină ejecția electronilor din acel metal. Sa observat că numai anumite frecvențe ale luminii sunt capabile să provoace ejecția electronilor. Dacă frecvența luminii incidente este prea mică (lumină roșie, de exemplu), atunci nu au fost expulzați electroni, chiar dacă intensitatea luminii a fost foarte mare sau a strălucit pe suprafață mult timp. Dacă frecvența luminii a fost mai mare (Lumina verde, de exemplu), atunci electronii au putut fi expulzați de pe suprafața metalică, chiar dacă intensitatea luminii a fost foarte scăzută sau a strălucit doar pentru o perioadă scurtă de timp. Această frecvență minimă necesară pentru a provoca ejecția electronilor este denumită frecvența pragului.
fizica clasică nu a putut explica efectul fotoelectric. Dacă fizica clasică s-ar aplica acestei situații, electronul din metal ar putea colecta în cele din urmă suficientă energie pentru a fi expulzat de la suprafață, chiar dacă lumina care intră era de joasă frecvență. Einstein a folosit teoria particulelor luminii pentru a explica efectul fotoelectric așa cum se arată în figura de mai jos.
Figura 1. Lumina de joasă frecvență (roșu) nu este capabilă să provoace ejecția electronilor de pe suprafața metalică. La sau peste frecvența pragului (verde) electronii sunt expulzați. Chiar și lumina de intrare cu frecvență mai mare (albastru) determină ejecția aceluiași număr de electroni, dar cu o viteză mai mare.
Figura 2. Celulele fotoelectrice transformă energia luminii în energie electrică care alimentează acest calculator.
luați în considerare ecuația E = hv. E este energia minimă necesară pentru ca electronul metalului să fie ejectat. Dacă frecvența luminii de intrare, v, este sub frecvența pragului, nu va exista niciodată suficientă energie pentru a determina ejectarea electronilor. Dacă frecvența este egală sau mai mare decât frecvența pragului, electronii vor fi expulzați.
pe măsură ce frecvența crește dincolo de prag, electronii ejectați se mișcă pur și simplu mai repede. O creștere a intensității luminii care intră peste frecvența pragului determină creșterea numărului de electroni care sunt ejectați, dar nu se deplasează mai repede. Efectul fotoelectric este aplicat în dispozitive numite celule fotoelectrice, care se găsesc în mod obișnuit în articole de zi cu zi, cum ar fi un calculator care folosește energia luminii pentru a genera electricitate.
rezumat
- lumina are proprietăți atât ale unei unde, cât și ale unei particule.
- efectul fotoelectric este produs de lumina lovind un metal și dislocarea electronilor formează suprafața metalului.
practică
utilizați linkul de mai jos pentru a răspunde la următoarele întrebări:
http://www.citycollegiate.com/physicsXII_photocell.htm
- care este materialul emițător din această Fotocelulă?
- ce cauzează emiterea fotoelectronilor?
- curentul crește sau scade odată cu creșterea intensității luminii?
- ce se întâmplă dacă lumina nu lovește catodul?
recenzie
- care sunt proprietățile unui foton?
- ce arată efectul fotoelectric despre proprietățile luminii?
- cum afectează frecvența luminii eliberarea fotonilor?
Glosar
- celulă fotoelectrică: utilizați energia luminii pentru a genera electricitate.
- efect fotoelectric: un fenomen care apare atunci când lumina strălucește pe o suprafață metalică determină ejecția electronilor din acel metal.
- foton: o particulă de radiație electromagnetică care are masă zero și poartă un cuantum de energie.
- frecvența pragului: frecvența minimă necesară pentru a provoca ejecția electronilor.