Photoelektreschen Effekt

De photoelektreschen Effekt weist, datt Liicht Energie a Päck iwwerdréit: all Photon dréit E = hf. En Elektron kann nëmmen aus enger Uewerfläch erauskommen, wann een eenzelt Photon genuch Energie liwwert, fir d’Aarbechtsfunktioun vum Material ze iwwerwannen.

Éischt d’Schwell, duerno d’Intensitéit

hf = φ + K_max

f₀ = φ/h

D’Energiebilanz ass hf = φ + Kmax. D’Schwellfrequenz f₀ = φ/h trennt zwou Beräicher: ënner där gëtt et keng Photoemissioun, egal wéi staark d’Intensitéit erhéicht gëtt; driwwer wiisst déi maximal kinetesch Energie mat der Frequenz. Méi Intensitéit bei derselwechter Frequenz bedeit virun allem méi Photonen an domat méi emittéiert Elektronen, net méi Energie pro Elektron.

Éischt d’Schwell, duerno d’Intensitéit. D’Energiebilanz ass hf = φ + Kmax. D’Schwellfrequenz f₀ = φ/h trennt zwou Beräicher: ënner där gëtt et keng Photoemissioun, egal wéi staark d’Intensitéit erhéicht gëtt; driwwer wiisst déi maximal kinetesch Energie mat der Frequenz. Méi Intensitéit bei derselwechter Frequenz bedeit virun allem méi Photonen an domat méi emittéiert Elektronen, net méi Energie pro Elektron.

Schwell-Explorer

Photonenergie (eV) Aarbechtsfunktioun φ (eV)

D’Stoppspannung moosst d’Energie vun de Photoelektronen

Eng Géigespannung kann déi emittéiert Elektrone bremsen. Wann och déi energieräichst Elektronen de Sammler net méi erreechen, gëllt eVₛ = Kmax. Dofir ass e Plot vu Vₛ géint f linear: d’Steigung ass h/e, an d’Extrapolatioun op Vₛ = 0 gëtt d’Schwellfrequenz. Sou verbënnt eng elektresch Miessung direkt mat der Photonenergie.

D’Stoppspannung moosst d’Energie vun de Photoelektronen. Eng Géigespannung kann déi emittéiert Elektrone bremsen. Wann och déi energieräichst Elektronen de Sammler net méi erreechen, gëllt eVₛ = Kmax. Dofir ass e Plot vu Vₛ géint f linear: d’Steigung ass h/e, an d’Extrapolatioun op Vₛ = 0 gëtt d’Schwellfrequenz. Sou verbënnt eng elektresch Miessung direkt mat der Photonenergie.

Wat d’Experiment gewisen huet

D’Emissioun kann praktesch ouni Verzögerung ufänken, wann f > f₀, wärend weder Waarden nach héich Intensitéit eng Frequenz ënner der Schwell retten. Dat passt net zum klassesche Bild, wou Wellenenergie sech lues an engem Elektron accumuléiert. De Photonmodell erkläert d’Schwell an d’Energiebilanz. Gläichzäiteg weist déiselwecht elektromagnéitesch Stralung Interferenz an Diffraktioun: d’Resultat eliminéiert d’Welleverhalen net.

D’Variabele richteg liesen

D’Intensitéit ass Leeschtung pro Fläch a steet bei fester Frequenz mam Photonfloss a Bezuch. D’Frequenz bestëmmt E = hf vun all Photon. Dofir kann en intensen niddregfrequente Stral guer keng Elektronen emittéieren, wann hf < φ. Ëmgedréint kann e schwaachen héichfrequente Stral nëmme wéineg Elektronen ausléisen, mee déi kënnen eng grouss kinetesch Energie hunn.

Geléist Beispiller

1. D’Schwellwellelängt fannen

Léisung

Fir φ = 2,5 eV ass λ₀ = hc/φ ≈ 1240/2,5 = 496 nm.

2. Maximal kinetesch Energie

Léisung

Photone vun 4,2 eV treffen op eng Uewerfläch mat φ = 2,0 eV. Kmax = 4,2 − 2,0 = 2,2 eV.

3. Stoppspannung

Léisung

Wann Kmax = 1,6 eV ass, gëtt en Elektron mat ongeféier 1,6 V gestoppt, well eVₛ = Kmax.