Bahasa MelayuMS⌄
Kesan fotoelektrik
Kesan fotoelektrik menunjukkan bahawa pertukaran tenaga antara cahaya dan jirim berlaku dalam kuanta. Apabila cahaya mengenai permukaan yang sesuai, elektron boleh dipancarkan, tetapi pancaran tidak ditentukan oleh keamatan sahaja: frekuensi cahaya mesti melebihi frekuensi ambang yang berkaitan dengan fungsi kerja bahan. Model foton merangkum idea ini melalui tenaga setiap foton, E = hf.
Pemerhatian yang memerlukan penerangan kuantum
Tiga pemerhatian amat penting. Pertama, setiap bahan mempunyai frekuensi ambang f₀; di bawahnya tiada elektron dipancarkan walaupun keamatan dinaikkan. Kedua, di atas ambang, tenaga kinetik maksimum elektron meningkat apabila frekuensi meningkat. Ketiga, pada frekuensi tetap di atas ambang, keamatan yang lebih tinggi terutama meningkatkan bilangan elektron yang dipancarkan dan arus, bukan tenaga maksimum setiap elektron. Pancaran juga bermula hampir serta-merta, selaras dengan pemindahan tenaga satu foton kepada satu elektron. Dalam eksperimen sebenar, elektron keluar dengan julat tenaga kerana keadaan awalnya berbeza dan sebahagiannya kehilangan tenaga sebelum mencapai permukaan; persamaan Einstein menerangkan had atas Kmax.
Persamaan Einstein dan fungsi kerja
Tenaga foton ialah E = hf. Elektron memerlukan tenaga φ, fungsi kerja, untuk keluar daripada permukaan; baki tenaga menjadi tenaga kinetik maksimum: Kmax = hf − φ. Maka frekuensi ambang ialah f₀ = φ/h. Jika hf<φ, satu foton tidak cukup untuk membebaskan elektron dalam model mudah walaupun banyak foton tiba pada permukaan. Hubungan E=hc/λ juga memberi panjang gelombang ambang maksimum λ₀=hc/φ. Cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang daripada nilai ini tidak mempunyai tenaga foton yang mencukupi bagi bahan tersebut.
Kalkulator foton
Masukkan tenaga foton dan fungsi kerja dalam elektron volt.
Frekuensi dan keamatan memainkan peranan berbeza
Keamatan lebih tinggi pada frekuensi tetap bermaksud lebih banyak foton tiba setiap saat, jadi arus fotoelektrik boleh meningkat. Menaikkan frekuensi pula menaikkan tenaga setiap foton dan seterusnya Kmax setelah ambang dilampaui. Membezakan bilangan foton daripada tenaga setiap foton mengelakkan kekeliruan yang lazim antara keamatan dengan frekuensi.
Voltan henti mengukur tenaga kinetik
Voltan songsang boleh digunakan untuk menghentikan elektron terpantas. Apabila arus jatuh kepada sifar, eVs = Kmax, jadi voltan henti Vs memberikan ukuran terus tenaga kinetik maksimum. Graf Kmax atau Vs melawan frekuensi menjadi garis lurus dalam julat model, dengan kecerunan berkaitan pemalar Planck dan pintasan berkaitan fungsi kerja.
Contoh terselesai
1. Adakah pancaran berlaku?
Penyelesaian
Foton 2.0 eV mengenai bahan dengan fungsi kerja 2.4 eV. Oleh sebab E<φ, tiada pancaran fotoelektrik dalam model satu foton.
2. Tenaga kinetik maksimum
Penyelesaian
Jika E=3.6 eV dan φ=2.1 eV, Kmax=1.5 eV. Sebahagian tenaga foton digunakan untuk melepaskan elektron daripada permukaan.
3. Voltan henti
Penyelesaian
Bagi Kmax=1.8 eV, voltan henti Vs=1.8 V kerana cas elektron melalui beza keupayaan 1.8 V bersamaan perubahan tenaga 1.8 eV.