ΕΜΕΙΣ ΕΔΩ ΠΑΙΖΟΥΜΕ ΜΠΑΛΑ, εργασία για την οπαδική βία
photoelectric.pptx
1. 1
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Hertz
το 1887, κατά την διάρκεια των πειραμάτων του για την
διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Παρατήρησε, ότι
εύκολα εμφανιζόταν σπινθήρας στο διάκενο μεταξύ δύο
ακροδεκτών αν αυτοί φωτιζόντουσαν με φως παρά όταν οι
ακροδέκτες ήταν σε σκότος. Παρατήρησε επίσης ότι ο
αρνητικός ακροδέκτης ήταν πιο ευαίσθητος από τον θετικό
ακροδέκτη.
Στην συνέχεια ανακαλύφθηκαν και άλλα πειραματικά
δεδομένα που αφορούσαν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
2. 2
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ
1.Το φαινόμενο οφείλεται στην εκπομπή αρνητικά φορτισμένα σωματια (Hallwachs
1889).
2.Τα εκπεμπόμενα σωμάτια αποσπώνται λόγω του προσπίπτοντος φωτός (Hallwachs
κ.α. 1889).
3.Υπάρχει στενή σχέση μεταξύ του δυναμικού επαφής ενός μετάλλου και της
φωτοευαισθησίας (Elster και Geitel 1889).
4.Το φωότρευμα είναι ανάλογο της έντασης του φωτός (Elster και Geitel 1891).
5.Τα εκπεμπόμενα σωμάτια είναι ηλεκτρόνια (Lenard και J.J. Thomson 1889).
6.Οι κινητικές ενέργειες των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων είναι ανεξάρτητες από την
ένταση του φωτός και ότι οαριθμός των ηλεκτρονίων είναι ανάλογος προς την ένταση
του φωτός (Lenard 1902).
7.Τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια έχουν μέγιστη κινητική ενέργεια που είναι τόσο
μεγαλύτερη όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος του φωτός και δεν εκπέμπονται
ηλεκτρόνια αν το μήκος κύματος υπερβαίνει μία τιμή που καλείται κατώφλιο (Lenard
1902).
8.Τα φωτοηλεκτρόνια εκπέμπονται ακαριαία με την έναρξη φωτισμού.
7. 7
7
ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕ ΤΟ
ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ
Φύση του φωτός
Μονοχρωματικό φως
Φωτόνιο
Σταθερά του Planck
8. 8
8
ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕ ΤΟ
ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ
Φύση του φωτός
Μονοχρωματικό φως
Φωτόνιο
Σταθερά του Planck
Έργο εξαγωγής
9. 9
9
ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕ ΤΟ
ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ
Φύση του φωτός
Μονοχρωματικό φως
Φωτόνιο
Σταθερά του Planck
Έργο εξαγωγής
Ορθή – ανάστροφη πόλωση
10. 10
10
ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕ ΤΟ
ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ
Φύση του φωτός
Μονοχρωματικό φως
Φωτόνιο
Σταθερά του Planck
Έργο εξαγωγής
Ορθή – ανάστροφη πόλωση
Δυναμικό επαφής
13. 13
Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα
Θεωρητικό Μέρος
Η Φύση του φωτός
14. 14
και αποτελεί
το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού
φάσματος που διεγείρει το μάτι μας
Θεωρητικό Μέρος
Η Φύση του φωτός
Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα
15. 15
400nm-700nm
9
1nm 10 m
-
=
Θεωρητικό Μέρος
Η Φύση του φωτός
και αποτελεί
το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού
φάσματος που διεγείρει το μάτι μας
Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα
16. 16
400nm-700nm
14
14
7.5x10 Hz 4.3x10 Hz
Θεωρητικό Μέρος
Η Φύση του φωτός
και αποτελεί
το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού
φάσματος που διεγείρει το μάτι μας
Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα
34. 34
Θεωρητικό Μέρος
Η Φύση του φωτός
Φαινόμενα διάδοσης
Κυματική φύση
Η Κυματική φύση Η Σωματιδιακή φύση
Το φως έχει διττή φύση
35. 35
Φαινόμενα διάδοσης
Κυματική φύση
Φαινόμενα αλληλεπίδρασης
φωτός – ύλης
Σωματιδιακή φύση
Θεωρητικό Μέρος
Η Φύση του φωτός
Η Κυματική φύση Η Σωματιδιακή φύση
Το φως έχει διττή φύση
36. 36
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Θεωρητικό Μέρος
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectri
c.html?simulation=photoelectric&locale=el
https://phet.colorado.edu/sims/html/blackbody-
spectrum/latest/blackbody-spectrum_el.html
47. 47
Θεωρητικό Μέρος
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Ο ρυθμός εκπομπής ηλεκτρονίων
είναι ανάλογος της έντασης του
φωτός
Η μέγιστη κινητική ενέργεια των
ηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από
την ένταση του φωτός
Συχνότητα κατωφλίου
55. 55
Θεωρητικό Μέρος
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Σχεδόν άμεση εκπομπή
Η κινητική ενέργεια των
ηλεκτρονίων είναι
ανεξάρτητη της έντασης του
φωτός.
Εξάρτηση από την ένταση
Η κινητική ενέργεια των
ηλεκτρονίων εξαρτάται από
την ένταση του φωτός.
Πείραμα Κλασσική θεωρία
66. 66
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Ένα άτομο Li
2p
2s
1s
Ατομικό
δυναμικό
Η ενέργεια των ηλεκτρονίων
είναι κβαντισμένη
Διακριτές ενεργειακές
στάθμες
67. 67
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Ένα άτομο Li
2p
2s
1s
Ατομικό
δυναμικό
Η ενέργεια των ηλεκτρονίων
είναι κβαντισμένη
Διακριτές ενεργειακές
στάθμες
Τι θα συμβεί εάν πλησιάσουμε ένα δεύτερο άτομο;
70. 70
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Το ατομικό δυναμικό μεταβάλλεται
Κάθε διακριτή ενεργειακή στάθμη έχει
διαχωριστεί σε δύο
71. 71
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Το ατομικό δυναμικό μεταβάλλεται
Κάθε διακριτή ενεργειακή στάθμη έχει
διαχωριστεί σε δύο
Η διαφορά ενέργειας των δύο σταθμών γίνεται τόσο
μεγαλύτερη όσο τα άτομα πλησιάζουν
72. 72
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Η απόσταση των δύο σταθμών είναι τόσο
μεγαλύτερη όσο ασθενέστερα είναι «δεμένα»
τα ηλεκτρόνια με το άτομο
73. 73
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Αύξηση του αριθμού των ατόμων συνεπάγεται
αύξηση του αριθμού των ενεργειακών σταθμών
76. 76
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Στερεό
2p
2s
1s
Στα στερεά σχηματίζονται ενεργειακές ζώνες
Οι ενεργειακές περιοχές που διαχωρίζουν τις
ενεργειακές ζώνες ονομάζονται ενεργειακά χάσματα
Ενεργειακή
ζώνη
77. 77
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Στερεό
2p
2s
1s
Στα στερεά σχηματίζονται ενεργειακές ζώνες
Ενεργειακή
ζώνη
Οι ενεργειακές περιοχές που διαχωρίζουν τις
ενεργειακές ζώνες ονομάζονται ενεργειακά χάσματα
Οι ιδιότητες των στερεών εξαρτώνται μεταξύ άλλων από τον
τρόπο που έχουν καταληφθεί οι ζώνες από τα ηλεκτρόνια
89. 89
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Μέταλλο
Ζώνη αγωγιμότητας
Ελεύθερα ηλεκτρόνια ή
ηλεκτρόνια αγωγιμότητας
Κινούνται σχεδόν «ελεύθερα» μέσα στο
μέταλλο με ενέργειες που αντιστοιχούν στη
ζώνη αγωγιμότητας
90. 90
Θεωρητικό Μέρος
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών
Μέταλλο
Ελεύθερα ηλεκτρόνια ή
ηλεκτρόνια αγωγιμότητας
Κινούνται σχεδόν «ελεύθερα» μέσα στο
μέταλλο με ενέργειες που αντιστοιχούν στη
ζώνη αγωγιμότητας
Η ενέργεια Fermi είναι η ενέργεια των ηλεκτρονίων στην
ανώτερη κατειλημμένη ενεργειακή στάθμη στους 0οΚ
Ζώνη αγωγιμότητας
91. 91
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
hf >W
φωτόνιο
W
Μέταλλο Κενό
92. 92
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
hf >W
Θεωρητικό Μέρος
Ηλεκτρόνιο
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
W
Μέταλλο Κενό
93. 93
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
hf >W
Θεωρητικό Μέρος
Ηλεκτρόνιο
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
Στάθμη Fermi
W
Μέταλλο Κενό
94. 94
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
hf >W
W
ΔΕ=hf
Στάθμη Fermi
Μέταλλο Κενό
95. 95
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
hf >W
Θεωρητικό Μέρος
Κινητική ενέργεια
ηλεκτρονίου
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
W
Στάθμη Fermi
Μέταλλο Κενό
96. 96
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
hf >W
Κινητική ενέργεια
ηλεκτρονίου
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
K(max)
E h f W
Στάθμη Fermi
W
Μέταλλο Κενό
107. 107
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
Έργο
εξαγωγής
V
o
o
eV h f W
h W
V f
e e
108. 108
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
V
Θεωρητικό Μέρος
Δεν ταυτίζεται με το έργο
εξαγωγής της καθόδου
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
o
o
eV h f W
h W
V f
e e
109. 109
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρούμε δύο μέταλλα με διαφορετικό έργο εξαγωγής Wa
και Wκ με Wa > Wκ
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
EF
Μέταλλο
EF
Κενό Μέταλλο Κενό
Wκ
Eκ
Wα
Eκ
e-
e-
Eο Eο
110. 110
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρούμε δύο μέταλλα με διαφορετικό έργο εξαγωγής Wa
και Wκ με Wa > Wκ
EF
Μέταλλο
EF
Κενό Μέταλλο Κενό
Wκ
Eκ
Wα
Eκ
e-
e-
Eο Eο
Συνδέουμε τα δύο μέταλλα με
αγωγό μηδενικής αντίστασης
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
111. 111
Ε
Wκ
Wα
ΔW=Wα – Wκ
Ι ΙΙ
Αγωγός
ΕF
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Θεωρητικό Μέρος
Οι ενέργειες Fermi
εξισώνονται
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
112. 112
Ε
Wκ
Wα
ΔW=Wα – Wκ
Ι ΙΙ
Αγωγός
ΕF
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Θεωρητικό Μέρος
Οι επιφάνειες των δύο
μετάλλων βρίσκονται σε
διαφορετικές ενέργειες
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
Οι ενέργειες Fermi
εξισώνονται
113. 113
Ε
Wκ
Wα
ΔW=Wα – Wκ
Ι ΙΙ
Αγωγός
ΕF
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Θεωρητικό Μέρος
α κ
b
W W
ΔW
V
e e
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
114. 114
Θεωρητικό Μέρος
Εάν μεταξύ ανόδου και καθόδου εφαρμοστεί ανάστροφη τάση V
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
Ε
Ι ΙΙ
eV
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
115. 115
Ε
Ι ΙΙ
eV
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
Θεωρητικό Μέρος
Εάν μεταξύ ανόδου και καθόδου εφαρμοστεί ανάστροφη τάση V
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
α κ
ΔE e V W W
116. 116
Ε
Ι ΙΙ
eV
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
Θεωρητικό Μέρος
Εάν μεταξύ ανόδου και καθόδου εφαρμοστεί ανάστροφη τάση V
α κ
ΔE e V W W
Ανάστροφη τάση
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
117. 117
Ε
Ι ΙΙ
eV
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
Θεωρητικό Μέρος
Εάν μεταξύ ανόδου και καθόδου εφαρμοστεί ανάστροφη τάση V
Εμφανίζεται ως
διαφορά δυναμικού
α κ
W W
ΔE
ΔV V
e e
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
118. 118
Θεωρητικό Μέρος
max. κ
E h f W e ΔV
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
120. 120
Θεωρητικό Μέρος
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
max. α
E h f e V W
max. κ
E h f W e ΔV
α κ
W W
ΔE
ΔV V
e e
121. 121
Θεωρητικό Μέρος
Επιλέγουμε την ανάστροφη τάση V ίση με τη τάση
αποκοπής του φωτοηλεκτρικού ρεύματος
max.
E 0
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
max. κ
E h f W e ΔV
α κ
W W
ΔE
ΔV V
e e
max. α
E h f e V W
122. 122
Θεωρητικό Μέρος
Επιλέγουμε την ανάστροφη τάση V ίση με τη τάση
αποκοπής του φωτοηλεκτρικού ρεύματος
α
o
W
h f
V
e e
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
max.
E 0
max. κ
E h f W e ΔV
α κ
W W
ΔE
ΔV V
e e
max. α
E h f e V W