A fényelektromos jelenség

Az előadások a következő témára: "A fényelektromos jelenség"— Előadás másolata:

1 A fényelektromos jelenség

2 A fényelektromos jelenség
Fotoeffektus: Wilhelm Hallwachs ( ) Alexandr Sztoletov ( ) Fotoelektromos hatáson, fotoeffektuson azt a jelenséget értjük ha, egy fém felületét látható vagy ultraibolya fénnyel világítjuk meg, a fémből elektronok szabadulnak ki, de csak akkor ha, a fény frekvenciája meghalad egy kritikus küszöbértéket.

3 Kísérleti eredmény: A kilépő elektronok energiája nem függ a megvilágítás erősségétől. Függ a megvilágítás színétől, azaz a fény frekvenciájától.

4 Ha f=állandó, de a fény intenzitása (I) erősebb, akkor a fémből kilépő elektron energiája változatlan marad, csak az elektronok száma nő meg. Klasszikus elektromosságtan szerint: Erősebb fényben az elektromos térerősség nagyobb, tehát az I-től kellene függnie a kiszakított elektronok energiájának

5 Ha a megvilágítás gyenge, percekig kellene várni az elektron kiszakításához, hogy elegendő energia gyűljön össze. Ezzel szemben: azonnal megindul az elektronok kilépése. Ha fémre eső fény frekvenciája a küszöbérték alatt van, nem lépnek ki elektronok a fémből (bármilyen nagy I esetén)

6 Magyarázat: Einstein fotonmodelljéből
A fém felszínéről egy elektron kiszakításához valamekkora minimális energiára, úgynevezett kilépési munkára van szükség (Wki) A kilépési munka: a fém anyagára jellemző eV körüli érték. 1 eV (elektronvolt) = 1, J

7 Az elektronok csak akkor lépnek ki a fém felszínéről, ha a fémet megvilágító fényben az energiaadagok, vagyis a foton energiája nagyobb vagy egyenlő a kilépési munkánál: h∙f≥Wki Egy elektron kiszakításában egy foton vesz részt.

8 Einstein formula: A foton energiája fedezi az elektron kilépési munkáját, a többletenergia a kilépő elektron mozgási energiáját szolgáltatja.

9 Fotocella: A fotoeffektus alapján működik.
Anóddal és katóddal ellátott vákuumcsövek. A katódot egy ablakon keresztül megvilágítjuk. A katódot olyan anyaggal vonják be, hogy az elektronok könnyen kiléphessenek pl.:alkálifémek.

10 A katódból kilépő elektronokat negatív katód taszítja, a pozitív anód viszont vonzza, áram indul meg a körben, amit az árammérő műszer jelez. A fény érzékelésnek számos gyakorlati megvalósítását így oldják meg. Pl.: ajtók kapuk nyitása, zárása, fotoellenállások, fotodiódák.

11 A feszültségforrás polaritását megfordítjuk és tolóellenállással változtassuk a fotocella ellenfeszültségét. Tapasztalat: A fotoáram csak egy bizonyos ellenfeszültség (Uellen) elérésekor szűnik meg. A fotoáram a fotocella függvényében:

12 A megvilágítás erősségétől függetlenül minden esetben ugyanakkora ellenfeszültség esetén szűnik meg a fotoáram. Magyarázat: azonos frekvenciájú fény esetén a kilépő elektronok maximális mozgási energiája ugyanakkora, melyet csak meghatározott értéket elérő ellentér tud lefékezni.

13 Ha a fotocellára eső feszültség nulla, akkor is érzékelhetünk áramot (a fotokatódról kilépő elektronok eljutnak az anódig). Az áram nem növekedhet akármilyen nagyra. (megvilágítás erősségétől függ)

14 Az Einstein formulát alkalmazva:
e∙Uellen=h∙f-Wki Az ellentér munkája a frekvencia függvényében: Az egyenes meredeksége megadja a h Planck-állandót. A tengelymetszet a kilépési munka (Wki) h=6,4∙10-34 Js