Upload
colegiul-de-industrie-usoara
View
7.359
Download
31
Embed Size (px)
Citation preview
Efectul fotoelectric
extern
Heinrich Hertz, în 1887, a constatat că descărcarea electrică dintre două sfere se produce mai uşor dacă are loc în prezenţa luminii ultraviolete.
Wilhelm Hallwachs, în 1888 constată că placa de zinc pusă la un electroscop şi supusă acţiunii radiaţiilor ultraviolete:
►se descarcă dacă iniţial era încărcată negativ
►se încarcă pozitiv dacă iniţial era neutră
+++
Zn UV
Electroscop
Din acest experiment Hallwachs a tras concluzia că sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete placa de zinc emite particule încărcate negativ numite electroni
http://www.youtube.com/watch?v=WO38qVDGgqw
►rămâne încăcată pozitiv, dacă iniţial era încărcată pozitiv, dar foiţa electroscopului deviază mai mult
+++
+++
Emisia electronilor de către un corp aflat sub acţiunea radiaţiilor electromagnetice se numeşte efect fotoelectric extern
http://www.lpscience.fatcow.com/mgagnon/Photoelectric_Effect/photoelectriceffect1.htm
http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
Efectul fotoelectric a fost studiat experimental de Phillip Lenard, iar în 1905 primeşte premiul Nobel pentru descoperirea legilor efectului fotoelectric.
Dispozitivul Dispozitivul experimentalexperimental
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Schema electricăSchema electrică
e -A
V
arc electric
filtru
tub de sticlă
AC
- +
R
Caracteristica Caracteristica curent-tensiunecurent-tensiuneMenţinând constante frecvenţa şi fluxul radiaţiilor, intensitatea curentului
variază cu tensiunea electrică aplicată între electrozi
I
I0
US
U
IS
0
►dacă tensiunea între electrozi este zero, curentul fotoelectric este diferit de zero I = I0 , deoarece cei mai rapizi electroni ajung la anod►dacă între electrozi se aplică o tensiune legând borna pozitivă a bateriei la anod şi borna negativă la catod, intensitatea curentului creşte odată cu tensiunea. Când toţi electronii emişi ajung la anod se obţine curentul de saturaţie IS
►dacă între electrozi se aplică o tensiune legând borna pozitivă a bateriei la catod şi borna negativă la anod, intensitatea curentului scade odată cu tensiunea şi devine zero pentru tensiunea de stopare USSC eUE max,
Legile efectului Legile efectului fotoelectricfotoelectric
Prima lege a efectului fotoelectric:
Intensitatea curentului fotoelectric de saturaţie este direct proporţională cu fluxul radiaţiilor electromagnetice incidente, când frecvenţa este constantă
Se trimite pe catod, pe rând,fascicule de radiaţii de aceeaşi frecvenţă şi fluxuri Φ1, Φ2, Φ3 , apoi se construieşte caracteristica curent - tensiune
I
U
US
IS 1
IS 2
IS 3
I
II
III
Φ3 > Φ2 > Φ1
Se modifică frecvenţa radiaţiilor incidente schimbând filtrul , se măsoară pentru fiecare frecvenţă, tensiunea de stopare US şi se calculează energia cinetică maximă pentru orice valoare a fluxului incident
A doua lege a efectului fotoelectric:
0
ECmax
Energia cinetică maximă a fotoelectronilor emişi creşte liniar cu frecvenţa radiaţiilor şi nu depinde de fluxul acestora
I
U
roşu
galben
violet
US 1US 2US 3
1
2
3
Se repetă experimentul pentru catozi din materiale diferite
01 02 03 04
ECmax
K Na Zn W
A treia lege a efectului fotoelectric:
Efectul fotoelectric extern se poate produce numai dacă frecvenţa radiaţiei incidente este mai mare sau cel puţin egală cu o valoare specifică fiecărei substanţe, numită frecvenţă de prag
A patra lege a efectului fotoelectric:
Efectul fotoelectric extern se produce practic instantaneu
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Efectul fotoelectric a fost explicat de Einstein în 1905, cu ajutorul teoriei cuantelor.
Einstein primeşte premiul Nobel pentru fizică în 1921, pentru explicarea efectului fotoelectric.
Energia unei cuante:
E = h
h = 6,625 · 10 -34 Js, constanta lui Planck
- frecvenţa radiaţiei
Mărimi Mărimi caracteristice caracteristice
fotonuluifotonului
Mărimea caracteristică Formula matematică
Energia E = h
Masa de repaus m0 = 0
Masa de mişcare 2c
hm
Viteza v = c = 3 ·108 m/s
Impulsul h
c
hp
Sarcina electrică q = 0
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Explicarea legilor Explicarea legilor Einstein consideră că în efectul fotoelectric un foton incident este absorbit de un electron din interiorul corpului, căruia îi cedează întreaga sa energie
Ecuaţia lui Einstein:
2
2mvLh
h - energia fotonului incident
L – lucrul mecanic de extracţie necesar extragerii electronului din corp
Aplicând legea conservării energiei se obţine:
- energia cinetică a fotoelectronului extras2
2mv
Legea întâi:
Creşterea fluxului radiaţiilor monocromatice incidente are loc atunci când creşte numărul fotonilor incidenţi. Mărirea numărului de fotoni conduce la creşterea numărului de electroni extraşi şi, implicit la creşterea intensităţii curentului fotoelectric de saturaţie
Legea a doua: Din ecuaţia lui Einstein: Lhmv
2
2
adică energia cinetică a electronilor extraşi variază liniar cu frecvenţa radiaţiilor incidente
Legea a treia:Dacă frecvenţa radiaţiilor incidente scade atunci scade energia fotonilor incidenţi, micşorându-se şi energia cinetică a fotoelectronilor emişi
Pentru o frecvenţă 0 (frecvenţă de prag) energia cinetică fotoelectronilor
este nulă, iar lucrul mecanic de extracţie este: L = h0
Pentru frecvenţa < 0 efectul fotoelectric nu mai este posibil
Legea a patra:
Interacţiunea dintre un foton şi un electron producându-se într-un interval de timp neglijabil 10-9 s, efectul fotoelectric se produce aproape instantaneu
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Aplicaţiile efectului Aplicaţiile efectului fotoelectricfotoelectric
Celula fotoelectricăCelula fotoelectrică
filtruanod circular
sursă de lumină
catod
Părţi componente
tub de sticlă
anod catod
tub de sticlă
Aplicaţiile celulei Aplicaţiile celulei fotoelectricefotoelectriceBariere optice
Dispozitive de protecţie optoelectrice pentru monitorizarea accesului în zone periculoase
Senzori de lumină pentru deschiderea şi închiderea automată a uşilor şi copertinei
Senzori de lumină pentru deschiderea şi închiderea automată a luminii
Senzori de lumină pentru recunoaşterea obiectelor
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Fotomultiplicatorul Fotomultiplicatorul
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
lumina incidentă
fotocatod
traiectoria fotoelectronilor
dinode anod
multiplicarea electronilor
electrod de focalizare
Părţi componentePărţi componente
http://www.youtube.com/watch?v=-fH2zPiilsw
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
fotocatoddinode anod
bateriedivizor de tensiune
electrod de focalizare
fereastră
anodfotocatod
dinodefotoelectroni
foton
fereastră
Schema electricăSchema electrică
Detector de scintilaţii cu Detector de scintilaţii cu fotomultiplicatorfotomultiplicator
foton γfotomultiplicator
cristal scintilator
Scintilaţia (foton din domeniul vizibil)
e-
http://www.youtube.com/watch?v=v5h3h2E4z2Q
www.youtube.com/watch?v=0qKrOF-gJZ4
Fotomultiplicatorul detectează radiaţii de intensitate foarte mică
Bibliografie Bibliografie D. Ciobotaru, T. Angelescu s.a – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura Didactică şi pedagogică
Gabriela Cone – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura E+
w.w.w.google ro/ images
http://www.youtube.com/watch?v=WO38qVDGgqw
http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
http://www.lpscience.fatcow.com/mgagnon/Photoelectric_Effect/photoelectriceffect1.htm
http://www.youtube.com/watch?v=v5h3h2E4z2Q
www.youtube.com/watch?v=0qKrOF-gJZ4
http://wwwens.uqac.ca/chimie/Physique_atom/Chap_htm/CHAP_4.html