Læringsmål
- Beskriv den fotoelektriske effekten.
er du en fan av science fiction?
i gamle science fiction-historier (1950-tallet) var et av temaene for romreiser bruk av solsegler for fremdrift. Tanken var at fotontrykket fra solen ville presse seilet (som vindseglene) og flytte romfartøyet. Det som en gang var science fiction er nå virkelighet som solseil blir utviklet og testet for moderne romfart.
Fotoelektrisk Effekt og Partikkelenes Natur
I 1905 foreslo Albert Einstein (1879-1955) at lys skal beskrives som kvanta av energi som oppfører seg som partikler. En foton er en partikkel av elektromagnetisk stråling som har null masse og bærer et kvantum av energi. Energien til fotoner av lys er kvantisert i Henhold Til e = hv-ligningen. I mange år hadde lys blitt beskrevet ved hjelp av bare bølgekonsepter, og forskere utdannet i klassisk fysikk fant denne bølge-partikkel dualiteten av lys for å være en vanskelig ide å akseptere. Et viktig eksperiment som Ble forklart Av Einstein ved hjelp av lysets partikkel natur ble kalt den fotoelektriske effekten.den fotoelektriske effekten er et fenomen som oppstår når lys skinnet på en metalloverflate forårsaker utstøting av elektroner fra det metallet. Det ble observert at bare visse frekvenser av lys er i stand til å forårsake utstøting av elektroner. Hvis frekvensen av hendelseslyset er for lavt (for eksempel rødt lys), ble det ikke kastet ut elektroner selv om lysets intensitet var veldig høy eller det ble skinnet på overflaten i lang tid. Hvis lysets frekvens var høyere (for eksempel grønt lys), kunne elektroner utkastes fra metalloverflaten selv om lysets intensitet var svært lav eller det ble skinnet i bare kort tid. Denne minimumsfrekvensen som trengs for å forårsake elektronutkastning, refereres til som terskelfrekvensen.
Klassisk fysikk kunne ikke forklare den fotoelektriske effekten. Hvis klassisk fysikk brukes på denne situasjonen, kan elektronen i metallet til slutt samle nok energi til å bli kastet ut fra overflaten, selv om det innkommende lyset var av lav frekvens. Einstein brukte partikkelteorien om lys for å forklare den fotoelektriske effekten som vist i Figuren nedenfor.
Figur 1. Lavfrekvent lys (rødt) kan ikke forårsake utstøting av elektroner fra metalloverflaten. Ved eller over terskelfrekvensen (grønne) blir elektroner kastet ut. Enda høyere frekvens innkommende lys (blå) forårsaker utstøting av samme antall elektroner, men med større hastighet.
Figur 2. Fotoelektriske celler konvertere lysenergi til elektrisk energi som driver denne kalkulatoren.
Vurder e = hv-ligningen. E Er den minste energien som kreves for at metallets elektron skal kastes ut. Hvis det innkommende lysets frekvens, v, er under terskelfrekvensen, vil det aldri være nok energi til å forårsake elektron å bli kastet ut. Hvis frekvensen er lik eller høyere enn terskelfrekvensen, vil elektroner bli kastet ut.
når frekvensen øker utover terskelen, beveger de utkastede elektronene seg raskere. En økning i intensiteten av innkommende lys som ligger over terskelfrekvensen, fører til at antall elektroner som utkastes, øker, men de reiser ikke raskere. Den fotoelektriske effekten brukes i enheter som kalles fotoelektriske celler, som ofte finnes i hverdagsartikler som en kalkulator som bruker lysets energi til å generere elektrisitet.
Sammendrag
- Lys har egenskaper av både en bølge og en partikkel.
- den fotoelektriske effekten er produsert av lys som rammer et metall og løsner elektroner danner overflaten av metallet.
Praksis
Bruk linken nedenfor for å svare på følgende spørsmål:
http://www.citycollegiate.com/physicsXII_photocell.htm
- Hva er det emitterende materialet i denne fotocellen?
- hva forårsaker photoelectrons å bli utgitt?
- øker eller reduserer strømmen med en økning i lysintensiteten?
- Hva skjer hvis lyset ikke treffer katoden?
Gjennomgang
- hva er egenskapene til en foton?
- hva viser den fotoelektriske effekten om lysets egenskaper?
- Hvordan påvirker frekvensen av lys utgivelsen av fotoner?
Ordliste
- fotoelektrisk celle: Bruk energi av lys til å generere elektrisitet.fotoelektrisk effekt: et fenomen som oppstår når lys skinte på en metalloverflate fører til utstøting av elektroner fra at metall.foton: en partikkel av elektromagnetisk stråling som har null masse og bærer et kvantum av energi.
- terskelfrekvens: Minimum frekvens som trengs for å forårsake elektron utstøting.