læringsmål
- Beskriv den fotoelektriske effekt.
er du fan af science fiction?
i gamle science fiction-historier (1950 ‘ erne) var et af rumrejsetemaerne brugen af solsejl til fremdrift. Tanken var, at fotontrykket fra solen ville skubbe sejlet (som vindsejlene) og flytte rumfartøjet. Det, der engang var science fiction, er nu virkelighed, da solsejl udvikles og testes for moderne rumrejser.
fotoelektrisk effekt og lysets partikel natur
i 1905 Albert Einstein (1879-1955) foreslog, at lys beskrives som kvanta af energi, der opfører sig som partikler. En foton er en partikel af elektromagnetisk stråling, der har nul masse og bærer et kvantum af energi. Energien af fotoner af lys kvantiseres i henhold til e = hv ligningen. I mange år var lys blevet beskrevet ved hjælp af kun bølgekoncepter, og forskere uddannet i klassisk fysik fandt denne bølge-partikel dualitet af lys at være en vanskelig ide at acceptere. Et nøgleeksperiment, der blev forklaret af Einstein ved hjælp af lysets partikel natur blev kaldt den fotoelektriske effekt.
den fotoelektriske effekt er et fænomen, der opstår, når lys skinnede på en metaloverflade forårsager udstødning af elektroner fra det metal. Det blev observeret, at kun visse lysfrekvenser er i stand til at forårsage udstødning af elektroner. Hvis frekvensen af det indfaldende lys er for lavt (for eksempel rødt lys), blev der ikke skubbet nogen elektroner ud, selvom lysets intensitet var meget høj, eller det blev skinnet på overfladen i lang tid. Grønt lys), kunne elektroner udstødes fra metaloverfladen, selvom lysets intensitet var meget lav, eller det blev skinnet i kun kort tid. Denne minimumsfrekvens, der er nødvendig for at forårsage elektronudstødning, kaldes tærskelfrekvensen.klassisk fysik kunne ikke forklare den fotoelektriske effekt. Hvis klassisk fysik anvendes på denne situation, kunne elektronen i metallet til sidst samle nok energi til at blive skubbet ud fra overfladen, selvom det indkommende lys var af lav frekvens. Einstein brugte partikelteorien om lys til at forklare den fotoelektriske effekt som vist i nedenstående figur.
Figur 1. Lavfrekvent lys (rødt) kan ikke forårsage udstødning af elektroner fra metaloverfladen. Ved eller over tærskelfrekvensen (grønne) elektroner udstødes. Endnu højere frekvens indgående lys (blå) forårsager udstødning af det samme antal elektroner, men med større hastighed.
figur 2. Fotoelektriske celler konverterer lysenergi til elektrisk energi, der driver denne lommeregner.
overvej e = hv ligningen. E er den minimale energi, der kræves for at metalets elektron kan udstødes. Hvis det indkommende Lyss frekvens, v, er under tærskelfrekvensen, vil der aldrig være nok energi til at få elektronen til at blive skubbet ud. Hvis frekvensen er lig med eller højere end tærskelfrekvensen, vil elektroner blive skubbet ud.
da frekvensen stiger ud over tærsklen, bevæger de udstødte elektroner simpelthen hurtigere. En stigning i intensiteten af indgående lys, der ligger over tærskelfrekvensen, får antallet af elektroner, der udstødes, til at stige, men de rejser ikke hurtigere. Den fotoelektriske effekt anvendes i enheder kaldet fotoelektriske celler, som ofte findes i hverdagsgenstande, såsom en lommeregner, der bruger lysets energi til at generere elektricitet.
Resume
- lys har egenskaber af både en bølge og en partikel.
- den fotoelektriske effekt produceres ved lys, der rammer et metal og løsner elektroner, der danner metaloverfladen.
Practice
brug nedenstående link til at besvare følgende spørgsmål:
http://www.citycollegiate.com/physicsXII_photocell.htm
- hvad er det emitterende materiale i denne fotocelle?
- hvad får fotoelektroner til at blive udsendt?
- stiger eller falder strømmen med en stigning i lysintensiteten?
- Hvad sker der, hvis lyset ikke rammer katoden?
anmeldelse
- hvad er egenskaberne ved en foton?
- hvad viser den fotoelektriske effekt om lysets egenskaber?
- hvordan påvirker lysets frekvens frigivelsen af fotoner?
ordliste
- fotoelektrisk celle: brug energi af lys til at generere elektricitet.
- fotoelektrisk effekt: et fænomen, der opstår, når lys skinnede på en metaloverflade, forårsager udstødning af elektroner fra det metal.
- foton: en partikel af elektromagnetisk stråling, der har nul masse og bærer et kvantum af energi.
- tærskelfrekvens: minimumsfrekvens, der er nødvendig for at forårsage elektronudstødning.