1 of 30

Фотоефект. Закони фотоефекту

2 of 30

Проблемні питання

Яке наукове відкриття привело до створення сонячних батарей?

3 of 30

Фотоефект

Фотоефект – це явище взаємодії світла з речовиною, яке супроводжується випромінюванням (емісією) електронів

Зовнішній фотоефект (фотоелектрони вилітають за межі тіла)

Внутрішній фотоефект

(електрони, «вирвані» світлом із молекул і атомів, залишаються всередині тіла)

−

−

−

−

−

−

−

−

−

4 of 30

Фотоефект

Зовнішній фотоефект

−

−

−

−

−

−

−

−

−

5 of 30

Закони фотоефекту

Генріх Герц

1857-1894

У 1887 р. відкрив зовнішній фотоефект

6 of 30

Закони фотоефекту

Олександр Столетов

1839-1896

У 1888-1890 рр. детально дослідив зовнішній фотоефект

7 of 30

Закони фотоефекту

 

 

 

 

 

 

 

Схема досліду для вивчення фотоефекту

Всередині камери, з якої викачане повітря, розташовані два електроди (анод А і катод К)

На електроди подається напруга від джерела струму, яка регулюється

Світловій пучок, який падає на катод, «вириває» з його поверхні електрони

Рухаючись від катода до анода, фотоелектрони створюють фотострум

Сила фотоструму вимірюється мікроамперметром

Світло

−

−

−

−

8 of 30

Закони фотоефекту

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон Ома

Насичення

 

1) За певної напруги сила фотоструму досягає максимального значення і далі залишається незмінною

Це відбувається тоді, коли всі електрони, які випромінює катод, досягають анода

 

 

 

 

 

9 of 30

Закони фотоефекту

 

 

 

 

 

 

 

Закон Ома

Насичення

 

2) Зі зменшенням напруги між електродами сила фотоструму зменшується

При відсутності напруги між електродами фотострум не зникає

Це можна пояснити наявністю у фотоелектронів певної кінетичної енергії

 

 

 

10 of 30

Закони фотоефекту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон Ома

Насичення

 

 

3) З’єднаємо катод з позитивним полюсом джерела струму, а анод – із негативним

Електричне поле гальмуватиме електрони

 

Згідно з теоремою про кінетичну енергію:

 

 

11 of 30

Закони фотоефекту

Закони зовнішнього фотоефекту

1. Кількість фотоелектронів, яку випромінює катод за одиницю часу, прямо пропорційна інтенсивності світла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 of 30

Закони фотоефекту

Закони зовнішнього фотоефекту

1. Кількість фотоелектронів, яку випромінює катод за одиницю часу, прямо пропорційна інтенсивності світла

2. Максимальна початкова швидкість фотоелектронів збільшується зі збільшенням частоти падаючого світла і не залежить від інтенсивності світла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 of 30

Закони фотоефекту

Опромінення речовини світловими хвилями більшої довжини фотоефекту не викликає

Закони зовнішнього фотоефекту

1. Кількість фотоелектронів, яку випромінює катод за одиницю часу, прямо пропорційна інтенсивності світла

2. Максимальна початкова швидкість фотоелектронів збільшується зі збільшенням частоти падаючого світла і не залежить від інтенсивності світла

 

За що А. Ейнштейн одержав Нобелівську премію?

14 of 30

Квантове пояснення фотоефекту

Альберт Ейнштейн

1879-1955

 

 

−

−

−

−

−

−

−

−

​

Метал

​

Вольфрам

4,5

Золото

4,3

Калій

2,2

Кобальт

4,4

Літій

2,4

Мідь

4,7

Нікель

4,5

Платина

6,35

Срібло

4,3

Хром

4,6

Цезій

1,8

Цинк

4,2

15 of 30

Квантове пояснення фотоефекту

Альберт Ейнштейн

1879-1955

 

Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту:

 

 

16 of 30

Квантове пояснення фотоефекту

Альберт Ейнштейн

1879-1955

Рівняння Ейнштейна дає можливість пояснити всі закони зовнішнього фотоефекту:

1. Більша інтенсивність світла означає більшу кількість фотонів, які падають на катод. Поглинаючись електронами речовини, фотони сприяють випромінюванню електронів.

2. Електрон може поглинути тільки один фотон, тому максимальна кінетична енергія електрона визначається тільки енергією фотона, а отже, частотою світла і не залежить від кількості фотонів.

 

 

Дана умова визначає червону межу фотоефекту

Саме за пояснення явища фотоефекту

А. Ейнштейн одержав найвищу наукову нагороду – Нобелівську премію (1921 р.)

17 of 30

Застосування фотоефекту

Застосування фотоефекту

Вакуумні фотоелементи

(зовнішній фотоефект)

Напівпровідникові фотоелементи (внутрішній фотоефект)

18 of 30

Застосування фотоефекту

19 of 30

Застосування фотоефекту

20 of 30

Розв'язування задач

1. Як зміниться робота виходу фотоелектронів з металу при збільшенні частоти падаючого світла?

21 of 30

Розв'язування задач

2. Фотон вибиває з металу, для якого робота виходу дорівнює 3 еВ, електрон з енергією 2 еВ. Яка мінімальна енергія такого фотона?

22 of 30

23 of 30

Розв'язування задач

4. Робота виходу електронів з металу 5,15 еВ. Чи викличе фотоефект ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі 300 нм?

24 of 30

25 of 30

Розв'язування задач

5. Енергія випромінювання, що падає на метал, в три рази більша за роботу виходу. У скільки разів максимальна кінетична енергія фотоелектронів відрізняється від роботи виходу?

26 of 30

27 of 30

Розв'язування задач

6. Червона межа фотоефекту для Платини 198 нм. Якщо Платину прожарити при високій температурі, червона межа фотоефекту дорівнюватиме 220 нм. На скільки прожарювання зменшило роботу виходу фотоелектронів?

28 of 30

29 of 30

Запитання для фронтального опитування

1. Дайте означення фотоефекту.

2. Чим внутрішній фотоефект відрізняється від зовнішнього? Де їх застосовують?

3. Опишіть пристрій для вивчення фотоефекту. Які фізичні величини вимірюють під час експерименту? Як подають його результати?

30 of 30

Запитання для фронтального опитування

4. Які висновки можна зробити, проаналізувавши вольт-амперну характеристику фотоефекту?

5. Сформулюйте закони фотоефекту та поясніть їх, спираючись на рівняння А. Ейнштейна для фотоефекту.