Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Συχνότητα κατωφλίου

Η κατάσταση hν≥Φ δίνει συχνότητα κατωφλίου ν₀=Φ/h. Κάτω από ν₀, μεγαλύτερη ένταση σημαίνει περισσότερα φωτόνια ανεπαρκούς ενέργειας και δεν προκαλεί εκπομπή στο απλό φωτοηλεκτρικό μοντέλο ενός φωτονίου.

Αυτό ήταν κρίσιμο επειδή η κλασική ιδέα ότι περισσότερη ένταση απλώς συσσωρεύει συνεχώς ενέργεια δεν περιέγραφε το συμπεριφορά κατωφλίου.

Εξίσωση Αϊνστάιν

K_μέγ=hν−Φ. Αν μετρηθεί δυνατότητα διακοπής V_s, τότε eV_s=K_μέγ για τα ταχύτερα ηλεκτρόνια.

Γράφημα eV_s ως προς ν είναι γραμμικό: κλίση h και αναχαιτίζω σχετίζεται με Φ. Έτσι το πείραμα δίνει άμεση σύνδεση μεταξύ έννοια φωτονίων και μετρήσιμη τάση.

Ένταση έναντι συχνότητας

Πάνω από κατώφλι, αύξηση ένταση σε σταθερό ν αυξάνει συνήθως τον αριθμό των εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια και το φωτορεύμα κορεσμού, όχι το K_μέγ.

Αύξηση της συχνότητα σε σταθερή ένταση αυξάνει την ενέργεια ανά φωτόνιο και άρα το K_μέγ, εφόσον η λειτουργία υλικής εργασίας παραμένει ίδια.

Λειτουργία εργασίας και επιφάνεια

Η Φ είναι ιδιότητα της επιφάνειας και εξαρτάται από υλικό, κρυσταλλογραφικό πρόσωπο, μόλυνση και κατάσταση της επιφάνειας. Δεν είναι μία καθολική 'ενέργεια του μετάλλου'.

Σε πραγματικά πειράματα φωτοεκπομπής το δομή ηλεκτρονικής μπάντας και το επίπεδο κενού δίνουν πλουσιότερη εικόνα από το απλό μοντέλο ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Χρονική απόκριση

Στο μοντέλο φωτονίων η ενέργεια μεταφέρεται σε μεμονωμένες αλληλεπιδράσεις, γι’ αυτό εκπομπή εμφανίζεται χωρίς την κλασικά αναμενόμενη μεγάλη χρονική καθυστέρηση.

Σε πολύ υψηλές εντάσεις μπορούν να εμφανιστούν διεργασίες πολλαπλών φωτονίων, αλλά αυτά ανήκουν σε διαφορετικό καθεστώς και δεν αναιρούν το βασικό νόμος ενός φωτονίου.

Εφαρμογές και πείραμα

Φωτοκάθοδοι, φωτοπολλαπλασιαστές και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου χρησιμοποιούν φωτοεκπομπή. Το φαινόμενο επιβεβαιώνει την κβαντισμένη ανταλλαγή ενέργειας του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με την ύλη.

Το φως εξακολουθεί να παρουσιάζει παρεμβολές και περίθλαση. Το μοντέλο φωτονίων δεν αντικαθιστά την κυματική περιγραφή· χρειάζονται και οι δύο όψεις της κβαντική θεωρία.

Πώς διαβάζεται το πείραμα

Το καμπύλη φωτορεύματος-τάσης διαχωρίζει δύο διαφορετικές πληροφορίες: το ρεύμα κορεσμού σχετίζεται με πόσα ηλεκτρόνια συλλέγονται, ενώ το δυνατότητα διακοπής με το K_μέγ.

Αν αλλάξει η κατάσταση της επιφάνειας, μπορεί να μετακινηθεί η συχνότητα κατωφλίου ακόμη και με ίδιο χύμα υλικό. Γι’ αυτό η καθαρότητα της επιφάνειας είναι μέρος του πείραμα.

Λυμένο παράδειγμα