header_br


Google      




Incursiune in lumea fizicii


Explicarea legilor efectului fotoelectric extern








Legile experimentale carora li se supune efectul fotoelectric extern sunt in contradictie cu notiunile de baza ale teoriei ondulatorii a luminii. Cazand pe un corp care contine electroni legati, unda electromagnetica luminoasa prin componenta sa electrica produce oscilatii fortate a electronilor cu o amplitudine proportionala cu amplitudinea proprie a undelor de lumina. Daca fortele care mentin electronii in interiorul corpului iradiat nu sunt suficient de mari, electronii pot sa fie expulzati cu o viteza care ar trebui sa depinda de amplitudinea luminii incidente. Deoarece amplitudinea undelor luminoase determina intensitatea fluxului luminos (I ~ A2 - in teoria ondulatorie, propagarea continua a undei este insotita de propagarea continua a energiei luminoase si electronul ar putea primi de la unda orice energie -), ar trebui ca viteza electronilor smulsi sa creasca cu intensitatea luminii incidente. In realitate aceasta dependenta nu exista, odata cu cresterea fluxului luminii incidente creste si numarul de electroni expulzati, viteza electronilor depinde numai de frecventa luminii. Odata cu aceasta, dupa cum am vazut, energia electronilor expulzati creste liniar cu frecventa, pentru toate substantele. Din punct de vedere al teoriei ondulatorii, explicatia acestei dependente este imposibila. Insuficienta conceptiei ondulatorii privind natura luminii , apare si mai limpede daca observam ca nu exista un timp de intarziere apreciabil intre inceputul iluminarii corpului si momentul aparitiei fotoelectonilor. Timpul necesar pentru ca un atom sa acumuleze energia necesara pentru expulzarea unui fotoelectron, poate fi mare in cazul unor iluminari mici. Daca in calea undei electromagnetice este asezat un oscilator, atunci energia pe care acest o va absorbi va fi egala cu energia transportata prin elementul de suprafata. Pentru ca un atom sa poata expulza un fotoelectron, el ar trebui sa acumuleze energie in timp pentru a putea efectua un lucru mecanic de extractia Eex. In aceasta situatie intregul proces al efectului fotoelectric extern ar avea loc astfel: intai un interval de timp destul de mare, nu apar fotoelectroni: apoi, deodata, un numar imens de atomi expulzeaza electroni. In realitate, procesul se desfasoara astfel: primii electroni apar practic fara nici o inarziere fata de inceputul iluminarii. Rezumand putem spune: procesul fotoelectric se prezinta ca si cum energia luminoasa ar fi transportata sub forma de particule discrete. Particula se ciocneste de un electron legat de un atom, ea ii transmite electronului legat toata energia ei, acesta foloseste o parte din energia primita pentru extractie, iar restul pentru miscare. Aceste particule de lumina au fost numite la inceput cuante de lumina, iar din anul 1923 Lewis a dat numele de fotoni acestor particule. Energia unui foton este ε = hν. Asadar in functie de frecventa luminii fotonii au energii diferite. Cea mai mica energie o au fotonii radiatiilor infrarosii, din infrarosu indepartat (lungimi de unda mari, frecvente mici). La smulgerea unui electron dintr-un corp solid, energia luminii se cheltueste pentru:
- extragerea electronului Eex
- restul energiei este folosita de electron sub forma de enegie cinetica mv2/2.
In cazul cand cantitatea discreta de energie luminoasa absorbita la extragerea unui electron este hν, atunci din legea de conservare a energiei, rezulta:
hν = mv2/2 + Eex
Aceasta formula se numeste formula lui Einstein. Pe baza teoriei lui Einstein se pot explica legile efectului fotoelectric extern. Prima lege reflecta faptul ca, pe masura ce creste fluxul de energie luminoasa creste si numarul fotonilor ce pot fi absorbiti si deci creste si numarul de electroni emisi in unitate de timp. Legea a doua a efectului fotoelectric extern se explica pornind de la relatia ce exprima energia fotonului: ε = hν, h = 6,624·10-27 erg·s, h este constanta lui Planck. Observam ca energia unui foton este proportionala cu frecventa. Deoarece fotoelectroni primesc energia lor nu de la atomii metalului pe care il parasesc, ci de la fotoni, energia lor nu va depinde de natura metalului respectiv. Energia unui foton, in comparatie cu energia termica a unui electron din metal la temperatura obisnuita este mult mai mare, ca urmare viteza fotoelectroniloer nu depinde de temperatura metalului. Energia fotoelectronilor depinde numai de energia fotonilor absorbiti, deci energia fotoelectronilor creste odata cu frecventa luminii absorbite. Explicatia legii a treia: Daca variem frecventa luminii incidente, se poate modifica energia cinetica a fotoelectronilor. Pentru o anumita frecventa νo numita prag fotoelectric aceasta energie devine zero. In acest caz formula lui Einstein devine hν0 = Eex adica toata energia fotonului s-a consumat pentru smulgerea electronului. Daca aceasta relatie o introducem in ecuatia lui Einstein se obtine:
hν = mv2/2 + hνo
sau
mv2/2 = h (ν - νo)
Pentru a obtine efectul fotoelectric este necesar sa iluminam metalul cu o lumina de frecventa ν ≥ ν0, in caz contrar efectul fotoelectric nu apare. Explicarea legii a patra: In momentul excitarii unui electron legat de atom, electronul si absoarbe energia fotonului si electronul este emis.


Ştiaţi că:

¤... Intr-o noapte un hot a intrat in pravalia de biciclete a lui A. J. Musselman un inventator pasionat si fura o bicicleta scumpa si o lua la sanatoasa. A. J. incaleca pe bicicleta sa de concurs si incepu urmarirea. Dupa o urmarire de mai multe mile a renuntat, a facut un ocol si a coborat pe panta de la Rocky Mountain. Mai repede, din ce in ce mai repede, apoi prea repede. Frana roata din fata cu talpa si simti indata ca are cel mai cald picior din lume. Trebui sa se arunce de pe bicicleta. Ce urmare credeti ca a avut acest nestavilit coboras pe bicicleta? Peste putin timp (doi ani) a inventat frana de roata si apoi pneul moale.




Niels.Bohr hallwachs
Radiatiile ultraviolete continute in arcul electric sunt focalizate, cu ajutorul unei lentile din cuart asupra unei placi de zinc incarcata negativ. Prin iradiere placa de zinc se descarca. Daca se foloseste o lentila de sticla fenomenul nu se mai produce, deoarece sticla absoarbe radiatiile ultraviolete.
N.B Portar de premiul Nobel
In tinerete marele fizician Niels Bohr posesor al premiului Nobel pentru fizica a jucat fotbal de performanta la nivel inalt fiind portarul echipei de fotbal a Danemarcei. In anul 1908, la Olimpiada de la Londra a aparat poarta echipei nationale de fotbal a Danemarcei.



Transformarea izobara
sus

«Pagina precedenta     Linkuri utile      Pagina urmatoare»



Postati:

Facebook widgets   Twitter widgets   Google plus widgets   linkedin