Lekcja 17 E = h f Ek = h f

Lekcja opracowana na podstawie podręcznika „Odkryć fizykę” wydawnictwa Nowa Era
Wymagania:
Andrzej Kulka ZSRCKU Wojsławice, I - 2016r.
Wymagania:
Lekcja 17
TEMAT: EFEKT FOTOELEKTRYCZNY
Powtarzamy z gimnazjum:
 na czym polega elektryzowanie ciał przez tarcie i do czego służy elektroskop.
 co to jest prąd elektryczny i kiedy płynie w obwodzie.
 pojęcia opisujące falę: długość, prędkość i częstotliwość oraz zależności zachodzące między nimi.
 rodzaje promieniowania elektromagnetycznego.
 z jaką prędkością rozchodzą się fale elektromagnetyczne w próżni.
 metal ma budowę krystaliczną i zawiera swobodne elektrony.
 co to jest energia kinetyczna i jak ja obliczamy.
a z naszej lekcji:
1.
2.
3.
4.
5.
Czym jest światło?
Efekt fotoelektryczny.
Światło a przepływ prądu.
Fotony i praca wyjścia.
Elektronowolt.
Światło ma charakter falowo-korpuskularny, wykazuje właściwości falowe (interferencja-Young) ale
zachowuje się również jak strumień cząsteczek (Newton).
Efekt fotoelektryczny zachodzi, gdy padające na metal światło (lub inne promieniowanie
elektromagnetyczne) wybija z niego elektrony. Wyjaśnienie tego zjawiska jest możliwe przy założeniu, że
światło jest strumieniem cząsteczek (fotonów), z których każdy niesie porcję energii.
E = h .f
gdzie: E – energia fotonu, h – stała Plancka = 6,63 . 10-34 J . s, f – częstotliwość promieniowania.
Efekt fotoelektryczny może zachodzić, jeżeli energia fotonów jest większa od pracy wyjścia elektronów
z metalu. Energia kinetyczna wybijanego elektronu jest równa różnicy energii padającego fotonu i pracy
wyjścia W, tj. energii niezbędnej do uwolnienia elektronu z metalu
Ek = h . f - W
Światło niesie ze sobą energię. Kosztem tej energii elektron może zostać wybity z elektrody metalowej.
Gdy tak się stanie, jest odpychany od elektrody ujemnej i przyciągany do dodatniej. Elektrony przemieszczają
się wiec od elektrody ujemnej do dodatniej w sposób
uporządkowany, co oznacza, że w obwodzie zaczyna płynąć prąd
elektryczny. Efekt fotoelektryczny zachodzi wyłącznie dla
promieniowania o dostatecznie dużej częstotliwości, np. światło
czerwone nawet o dużym natężeniu nie wybija elektronów z cezu,
pomimo dużej liczby fotonów ale o małej energii. Natomiast
światło niebieskie, nawet o niewielkiej liczbie fotonów ale każdy z
nich niesie ze sobą większą energię, która wystarcza do wybicia
elektronu z cezu. Aby wybić elektron z atomu żelaza należałoby go
λumieścić w promieniowaniu o większej energii, np. nadfioletowym (UV).
Praca wyjścia to energia jaką trzeba nadać elektronowi, aby wyrwał się z [powierzchni metalu.
Pracę wyjścia i energię fotonów można wyrazić w dżulach [J], ale wówczas byłaby to bardzo, bardzo
mały ułamek dżula. Dlatego wprowadzono nową jednostkę pracy i energii dotyczącą jednego elektronu, jest
.
-19
to elektronowolt (1eV = 1,6 10 J)
Przeanalizuj z podręcznika na stronie 107 przykład 1 na obliczanie efektu fotoelektrycznego.
PRZYKŁAD: Czy będzie zachodził efekt fotoelektryczny jeżeli tą samą elektrodę oświetlimy światłem o długości
fali 2 razy większej?
Dane:
Szukane:
λ = 700nm
Ek= ?
W = 2,75 eV
c = 300000km/s
h=4,14*10-15eV.s (stała Plancka)
Prędkość światła c
= λ.f ,
to częstotliwość promieniowania f
.
-15
. .
= c/λ
.
14
Energia fotonu wynosi Efot = h*f = 4,14 10 eV s 4,29 10 1/s=1,78eV
Ponieważ energia fotonów jest mniejsza niż praca wyjścia elektronów dla sodu to efekt
fotoelektryczny nie będzie zachodził.
,
Bateria słoneczne działają dzięki efektowi fotoelektrycznemu, ale elektrony, które uzyskały energię od
fotonów nie są wybijane z powierzchni ogniwa, ale przemieszczają się w jego obrębie, stają się elektronami
swobodnymi, podobnymi do występujących w metalu. Ich uporządkowany ruch powoduje przepływ prądu
elektrycznego. Elektrony uzyskują prędkość około 500 razy mniejszą od prędkości światła. W świecie
makroskopowym jest to prędkość gigantyczna ale dla świata mikroskopowego nie jest to duża prędkość
epodręcznik:
https://www.epodreczniki.pl/reader/c/131927/v/latest/t/student-canon/m/ikvoS4vo0V#ikvoS4vo0V_d5e135
Ciekawe strony
http://eszkola.pl/fizyka/energia-fotonu-4241.html
Zadanie 1 z podręcznika na stronie 109 na ocenę 2
Zadanie 2 (a) z podręcznika na stronie 109 na ocenę 3
Zadanie 2 (b,c) z podręcznika na stronie 109 na ocenę 4
Zadanie 3 z podręcznika na stronie 109 na ocenę 5