photoelectric.pptx

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
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.

3
3
ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΜΕ ΤΟ
ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

4
Φύση του φωτός

5
5
Μονοχρωματικό φως

6
6
Φωτόνιο

7
7
Φωτόνιο
Σταθερά του Planck

8
8
Φωτόνιο
Έργο εξαγωγής

9
9
Φωτόνιο
Ορθή – ανάστροφη πόλωση

10
10
Φωτόνιο
Ορθή – ανάστροφη πόλωση
Δυναμικό επαφής

11
Θεωρητικό Μέρος

12

13
Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα
Η Φύση του φωτός

14
και αποτελεί
το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού
φάσματος που διεγείρει το μάτι μας

15
400nm-700nm
9
1nm 10 m
-
=

16
400nm-700nm
14
14
7.5x10 Hz 4.3x10 Hz


17
Είναι όμως μόνο ηλεκτρομαγνητικό κύμα;

18
ΟΧΙ !!!

19
Έχει και σωματιδιακή φύση
ΟΧΙ !!!

20
Φαινόμενα αλληλεπίδρασης φωτός και ύλης

21
Φωτοηλεκτρικό
φαινόμενο
Φαινόμενο
Compton

22
Φωτόνια ή Κβάντα
Φωτοηλεκτρικό
φαινόμενο
Φαινόμενο
Compton

23
Τα φωτόνια έχουν ενέργεια και ορμή!!!

24
φωτ
E h f
 

25
Ενέργεια φωτονίου
φωτ
E h f
 

26
34
h 6.626 10 Js

 
φωτ
E h f
 

27
φωτ
E p c
 

28
φωτ
E p c
 
Ορμή φωτονίου

29
φωτ
E p c
 
φωτ
E h f
 

30
φωτ
E p c
 
φωτ
E h f
 
φωτ
c
E h
λ
 

31
φωτ
E p c
 
φωτ
E h f
 
φωτ
c
E h
λ
 
h
p
λ


32
Η Κυματική φύση Η Σωματιδιακή φύση

33
Το φως έχει διττή φύση

34
Φαινόμενα διάδοσης
Κυματική φύση

35
Φαινόμενα διάδοσης
Κυματική φύση
Φαινόμενα αλληλεπίδρασης
φωτός – ύλης
Σωματιδιακή φύση

36
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
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

37
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Γυάλινος σωλήνας

38

39

40

41

42

43

44
Συχνότητα κατωφλίου

45

46
Ο ρυθμός εκπομπής ηλεκτρονίων
είναι ανάλογος της έντασης του
φωτός

47
Ο ρυθμός εκπομπής ηλεκτρονίων
είναι ανάλογος της έντασης του
φωτός
Η μέγιστη κινητική ενέργεια των
ηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από
την ένταση του φωτός

48

49
Κmax
f
fc

50
Κmax
f
fc
Η εκπομπή των ηλεκτρονίων
είναι ουσιαστικά ακαριαία
ανεξάρτητα από την ένταση
του προσπίπτοντος φωτός

51
Πείραμα Κλασσική θεωρία

52
Σχεδόν άμεση εκπομπή

53
Σχεδόν άμεση εκπομπή Εξάρτηση από την ένταση

54
Η κινητική ενέργεια των
ηλεκτρονίων είναι
ανεξάρτητη της έντασης του
φωτός.
Εξάρτηση από την ένταση

55
ηλεκτρονίων είναι
ανεξάρτητη της έντασης του
φωτός.
Εξάρτηση από την ένταση
ηλεκτρονίων εξαρτάται από
την ένταση του φωτός.

56
Το φως αποτελείται από μικρά πακέτα ενέργειας:
κβάντα ή φωτόνια
Κβαντική θεωρία

57
E h f
 
Το φως αποτελείται από μικρά πακέτα ενέργειας:
κβάντα ή φωτόνια
Κβαντική θεωρία

58
Κάθε ηλεκτρόνιο απορροφά την ενέργεια ενός
φωτονίου

59
E W
 Έργο εξαγωγής του
μετάλλου
φωτονίου

60
h f W
 
E W
μετάλλου
φωτονίου

61
2
max. max.
1
K mv hf W
2
  
h f W
 
h f W
 
E W
μετάλλου
φωτονίου

62
Μοντέλο ενεργειακών ζωνών

63
Ένα άτομο Li
2p
2s
1s

64
2p
2s
1s
Ατομικό
δυναμικό

65
2p
2s
1s
Ατομικό
δυναμικό
Η ενέργεια των ηλεκτρονίων
είναι κβαντισμένη

66
2p
2s
1s
Ατομικό
δυναμικό
Διακριτές ενεργειακές
στάθμες

67
2p
2s
1s
Ατομικό
δυναμικό
Διακριτές ενεργειακές
στάθμες
Τι θα συμβεί εάν πλησιάσουμε ένα δεύτερο άτομο;

68
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s

69
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Το ατομικό δυναμικό μεταβάλλεται

70
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Κάθε διακριτή ενεργειακή στάθμη έχει
διαχωριστεί σε δύο

71
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Κάθε διακριτή ενεργειακή στάθμη έχει
διαχωριστεί σε δύο
Η διαφορά ενέργειας των δύο σταθμών γίνεται τόσο
μεγαλύτερη όσο τα άτομα πλησιάζουν

72
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
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Αύξηση του αριθμού των ατόμων συνεπάγεται
αύξηση του αριθμού των ενεργειακών σταθμών

74
Ένα άτομο
2p
2s
1s
Δύο άτομα
2p
2s
1s
Στερεό
2p
2s
1s

75
Στερεό
2p
2s
1s
Ενεργειακή
ζώνη
Στα στερεά σχηματίζονται ενεργειακές ζώνες

76
Στερεό
2p
2s
1s
Οι ενεργειακές περιοχές που διαχωρίζουν τις
ενεργειακές ζώνες ονομάζονται ενεργειακά χάσματα
ζώνη

77
Στερεό
2p
2s
1s
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

78
Μονωτής

79
Μονωτής
Πλήρως κατειλημμένες ζώνες
Άδεια ζώνη

80
Μονωτής Μέταλλο

81
Μία ή περισσότερες
ενεργειακές ζώνες
είναι εν μέρει
κατειλημμένες

82
Ζώνες σχεδόν πλήρως κατειλημμένες
Ημιαγωγός

83
Ενεργειακό
χάσμα
Ημιαγωγός
Ενεργειακό χάσμα

84
Μονωτής Μέταλλο Ημιαγωγός
Οι μονωτές παρουσιάζουν μεγάλο ενεργειακό χάσμα
χάσμα

85
Οι ημιαγωγοί παρουσιάζουν μικρότερο ενεργειακό χάσμα
χάσμα

86

87
Ζώνη αγωγιμότητας
Ημιαγωγός
χάσμα

88
Ζώνη αγωγιμότητας Ζώνη σθένους
χάσμα

89
Μέταλλο
Ελεύθερα ηλεκτρόνια ή
ηλεκτρόνια αγωγιμότητας
Κινούνται σχεδόν «ελεύθερα» μέσα στο
μέταλλο με ενέργειες που αντιστοιχούν στη
ζώνη αγωγιμότητας

90
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

91
Θεωρητικό μοντέλο φωτοηλεκτρικού φαινομένου
φωτόνιο hf
Στάθμη Fermi EF
Μέταλλο Κενό
W
Eκ
e-
 
ΔΕ = hf
φωτοηλεκτρόνιο e-
 
hf >W
φωτόνιο
W

92
W
Eκ
e-
 
ΔΕ = hf
 
hf >W
Ηλεκτρόνιο
W

93
W
Eκ
e-
 
ΔΕ = hf
 
hf >W
Ηλεκτρόνιο
Στάθμη Fermi
W

94
W
Eκ
e-
 
ΔΕ = hf
 
hf >W
W
ΔΕ=hf
Στάθμη Fermi

95
W
Eκ
e-
 
ΔΕ = hf
 
hf >W
Κινητική ενέργεια
ηλεκτρονίου
W
Στάθμη Fermi

96
W
Eκ
e-
 
ΔΕ = hf
 
hf >W
Κινητική ενέργεια
ηλεκτρονίου
K(max)
E h f W
  
Στάθμη Fermi
W

97
V

98
Φωτοκύτταρο
V

99
Κάθοδος
V

100
Φίλτρο επιλογής
μονοχρωματικού
φωτός
V

101
Άνοδος
V

102
max.
K
E e V
 
V

103
Ποτενσιόμετρο
V

104
Πολύμετρο
V

105
o
o
eV h f W
h W
V f
e e
  
  
V

106
Δυναμικό
αποκοπής
V
o
o
eV h f W
h W
V f
e e
  
  

107
Έργο
εξαγωγής
V
o
o
eV h f W
h W
V f
e e
  
  

108
V
Δεν ταυτίζεται με το έργο
εξαγωγής της καθόδου
o
o
eV h f W
h W
V f
e e
  
  

109
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

110
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

111
Ε
Wκ
Wα
ΔW=Wα – Wκ
Ι ΙΙ
Αγωγός
ΕF
Επιφάνεια Ι
Επιφάνεια ΙΙ
Οι ενέργειες Fermi
εξισώνονται

112
Ε
Wκ
Wα
ΔW=Wα – Wκ
Ι ΙΙ
Αγωγός
ΕF
Οι επιφάνειες των δύο
μετάλλων βρίσκονται σε
διαφορετικές ενέργειες
Οι ενέργειες Fermi
εξισώνονται

113
Ε
Wκ
Wα
ΔW=Wα – Wκ
Ι ΙΙ
Αγωγός
ΕF

 
α κ
b
W W
ΔW
V
e e

114
Εάν μεταξύ ανόδου και καθόδου εφαρμοστεί ανάστροφη τάση V
Ε
Ι ΙΙ
eV
Wκ
Wα
ΔΕ
eV

115
Ε
Ι ΙΙ
eV
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
 
α κ
ΔE e V W W
   

116
Ε
Ι ΙΙ
eV
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
 
α κ
ΔE e V W W
   
Ανάστροφη τάση

117
Ε
Ι ΙΙ
eV
Wκ
Wα
ΔΕ
eV
Εμφανίζεται ως
διαφορά δυναμικού
α κ
W W
ΔE
ΔV V
e e

  

118
    
max. κ
E h f W e ΔV

119

  
α κ
W W
ΔE
ΔV V
e e
    
max. κ
E h f W e ΔV

120
    
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
Επιλέγουμε την ανάστροφη τάση V ίση με τη τάση
αποκοπής του φωτοηλεκτρικού ρεύματος

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

122
Επιλέγουμε την ανάστροφη τάση V ίση με τη τάση
αποκοπής του φωτοηλεκτρικού ρεύματος
α
o
W
h f
V
e e

 

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

123

124
Υπολογίζουμε την σταθερά του Planck και το
έργο εξαγωγής

 
α
o
W
h f
V
e e

photoelectric.pptx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to photoelectric.pptx

Similar to photoelectric.pptx (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

photoelectric.pptx