Fotoelektrisk effekt

Den fotoelektriska effekten är ett fenomen inom fysiken. Effekten bygger på idén att elektromagnetisk strålning består av en serie partiklar som kallas fotoner. När en foton träffar en elektron på en metallyta kan elektronen emitteras. De emitterade elektronerna kallas fotoelektroner. Effekten kallas också Hertz-effekten, eftersom den upptäcktes av Heinrich Rudolf Hertz, men det namnet används inte ofta. Den fotoelektriska effekten har hjälpt fysikerna att förstå ljusets och elektronernas kvantnatur. Begreppet våg-partikel-dualitet utvecklades på grund av den fotoelektriska effekten. Albert Einstein föreslog lagarna för den fotoelektriska effekten och fick Nobelpriset i fysik 1921.

Ett diagram som visar hur elektroner avges från en metallplatta.Zoom
Ett diagram som visar hur elektroner avges från en metallplatta.

Mekanism

Det är inte alla elektromagnetiska vågor som orsakar den fotoelektriska effekten, utan endast strålning med en viss frekvens eller högre frekvens. Den lägsta frekvens som krävs kallas "cutoff-frekvens" eller "tröskelfrekvens". Gränsfrekvensen används för att hitta arbetsfunktionen, w {\displaystyle w} {\displaystyle w}, som är den energimängd som håller elektronen fast vid metallytan. Arbetsfunktionen är en egenskap hos metallen och påverkas inte av den inkommande strålningen. Om en ljusfrekvens som är högre än gränsfrekvensen träffar metallytan kommer den emitterade elektronen att ha en viss kinetisk energi.

Energin hos en foton som orsakar den fotoelektriska effekten fås genom E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w} {\displaystyle E=hf=KE+w}där h {\displaystyle h}{\displaystyle h} är Plancks konstant, 6,626×10 −34J-s, f {\displaystyle f}f är den elektromagnetiska vågens frekvens, K E {\displaystyle KE}{\displaystyle KE} är fotoelektronens kinetiska energi och w {\displaystyle w}{\displaystyle w} är metallens arbetsfunktion. Om fotonen har mycket energi kan Comptonspridning (~ tusentals eV) eller parproduktion (~ miljoner eV) äga rum.

Ljusets intensitet i sig självt orsakar inte utstötning av elektroner. Endast ljus med en frekvens som är lika med eller högre kan göra det. En ökning av ljusintensiteten kommer dock att öka antalet elektroner som avges, så länge frekvensen ligger över gränsfrekvensen.

Historia

Heinrich Hertz gjorde den första observationen av den fotoelektriska effekten 1887. Han rapporterade att en gnista hoppade lättare mellan två laddade sfärer om ljuset lyste på dem. Ytterligare studier gjordes för att lära sig mer om den effekt som Hertz observerade. År 1902 visade Philipp Lenard att den kinetiska energin hos en fotoelektron inte beror på ljusintensiteten. Det var dock inte förrän 1905 som Einstein föreslog en teori som förklarade effekten fullt ut. Teorin säger att elektromagnetisk strålning är en serie partiklar som kallas fotoner. Fotonerna kolliderar med elektronerna på ytan och avger dem. Denna teori gick emot tron att elektromagnetisk strålning var en våg. Därför erkändes den till en början inte som korrekt. År 1916 publicerade Robert Millikan resultaten av experiment med ett vakuumfotorör. Hans arbete visade att Einsteins fotoelektriska ekvation förklarade beteendet mycket exakt. Millikan och andra forskare var dock långsammare att acceptera Einsteins teori om ljuskvanta. Maxwells vågteori om elektromagnetisk strålning kan inte förklara den fotoelektriska effekten och svartkroppsstrålningen. Dessa förklaras av kvantmekaniken.

Frågor och svar

F: Vad är den fotoelektriska effekten?


A: Den fotoelektriska effekten är ett fenomen inom fysiken där elektromagnetisk strålning består av partiklar som kallas fotoner, och när de träffar elektroner på en metallyta kan elektronen avges och bilda fotoelektroner.

F: Vem upptäckte den fotoelektriska effekten?


S: Heinrich Rudolf Hertz upptäckte den fotoelektriska effekten.

F: Varför kallas den fotoelektriska effekten även för Hertz-effekten?


S: Den fotoelektriska effekten kallas även Hertz-effekten eftersom den upptäcktes av Heinrich Rudolf Hertz.

F: Vad är våg-partikel-dualitet?


S: Våg-partikel-dualiteten är ett begrepp som utvecklades på grund av den fotoelektriska effekten, som hjälpte fysiker att förstå ljusets och elektronernas kvantmekaniska natur.

F: Vem föreslog lagarna för den fotoelektriska effekten?


S: Albert Einstein föreslog lagarna för den fotoelektriska effekten.

F: Vad bidrog den fotoelektriska effekten med till fysiken?


S: Den fotoelektriska effekten har hjälpt fysiker att förstå ljusets och elektronernas kvantnatur, utveckla begreppet våg-partikel-dualitet och bidragit till de lagar om den fotoelektriska effekten som föreslogs av Albert Einstein, som fick Nobelpriset i fysik 1921.

F: Vad kallas de elektroner som avges vid den fotoelektriska effekten?


S: De elektroner som avges från metallytan vid den fotoelektriska effekten kallas fotoelektroner.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3