janek_z_ojcem_badaja_zjawisko_fotoelektryczne

ZADANIE
Janek z ojcem badają zjawisko fotoelektryczne. W tym celu do elektrometru przymocowali
negatywnie naładowaną płytkę z cynku i pionowo do niej przekierowali elektryczny łuk
światła.
1. Przybliżając elektrometr do źródła światła, czas trwania rozładowania jest krótszy gdyż
skraca się odległość źródła światła od elektrody i więcej fotonów ( o większym natężeniu )
dochodzi do płytki. Wniosek liczba elektronów jest proporcjonalna do natężenia światła.
Powierzchnie metalowe naładowane ujemnie emitują elektrony pod wpływem naświetlania
światłem ultrafioletowym.
.
2. Część płytki przykrywając ekranem nieprzezroczystym, czas trwania rozładowania
elektrometru jest dłuższy gdyż mniejsza ilość fotonów dochodzi do powierzchni i nie
wszystkie elektrony się wzbudzi do wędrówki (lub w ogóle nie zachodzi gdy ekran będzie
szczelny) ponieważ spadnie natężenie oświetlenia i będzie ono mniejsze od stanu
nasycenia.
.
3. Zwiększając oświetlenie, czas trwania rozładowania elektrometru jest krótszy, gdyż im
większe natężenie tym szybciej fotoelektrony pokonują odległość pomiędzy anodą i katoda,
lecz trzeba tutaj pamiętać o tym ze dla danego materiału w zjawisku fotoelektrycznym
występuje tzw, napięcie progowe –Uo, którego pokonanie jest niezbędne do emisji. Przy
napięciu równym Uo = 0 , natężenie prądu fotoelektronów I uzyskuje stan nasycenia.(patrz
rys.1. ) Przy dalszym wzroście napięcia pomiędzy elektrodami natężenie prądu nie zmienia
się. To oznacza ,ze wszystkie elektrony emitowane z płytki są zbierane
4. Obracając płytkę pod określonym kątem, czas trwania rozładowania elektrometru jest
większy przy tym samym natężeniu oświetlenia gdyż wirowe pole elektryczne wzbudza w
przewodniku wirowe pole magnetyczne. Następuje jakby superpozycja tych pól i
udowodnione później zjawiska falowe znane z fizyki kwantowej potwierdzają ,ze kwanty są
odpowiedzialne za wzbudzanie powłok elektronowych.
5. Stawiając część spektru podczerwonego zatrzymującego filtr świetlny, czas trwania
rozładowania elektrometru nie zmieni się gdyż tzw, napięcie progowe (lub odcięcia zależy )
już nie od natężenia światła lecz tylko od częstotliwości użytego światła . Skoro c*f= λ to
długość fali jest mocno uzależniona od częstotliwości światła. Wiemy z widma ,ze
podczerwień jest z zakresu najdłuższych fal .Tangens kąta nachylenia krzywej (prostej ) Uo *
e=F(f ) gdzie f-częstotliwość oznaczana tez jako „ν” jest równy stałej Plancka” h”. Dlatego
przy częstotliwościach mniejszych niż νo zjawisko fotoelektryczne nie zajdzie gdyż ponieważ
padające fotony mają mniejszą energię niż praca wyjścia elektronów dla danego materiału.
Na (rys.2) przedstawiono przykładowo taką funkcję dla cynku ,wolframu i platyny.
½ mv2= hν- Ww
Ww-praca wyjścia [J lub eV]
Mniejsza energia jest potrzebna aby uwolnić elektrony znajdujące się na powierzchni
materiału.