AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

Las caídas periódicas y equiespaciadas de corriente pueden representar pérdidas repetidas de la misma energía de excitación, en lugar de una secuencia de diferentes niveles atómicos.

Prerrequisitos: 7.

• Diferenciar umbrales fotoeléctricos y rayos X característicos
• Aplicar escalado espectral de masa reducida y llenado de espín de muchos electrones
• Interpretar el espaciado energético de Franck–Hertz sin inventar nuevos niveles

La energía cinética máxima fotoeléctrica es Kmax=hν−ϕ para frecuencias de fotón superiores al umbral ν0=ϕ/h. Una magnitud de potencial de frenado satisface eVs=Kmax, por lo que Vs es lineal respecto a ν por encima del umbral. Aumentar la intensidad a frecuencia fija incrementa el número disponible de fotones y generalmente la fotocorriente, no la energía máxima del fotoelectrón. Por debajo del umbral, el modelo simple de un solo fotón no emite fotoelectrones independientemente de la intensidad. La función de trabajo es una propiedad de la superficie, no proporcional a la frecuencia de iluminación.

Los rayos X característicos resultan cuando un electrón rellena una vacancia en una capa interna, emitiendo un fotón igual a la diferencia de energía entre capas. Sus líneas estrechas dependen de los átomos objetivo. El bremsstrahlung surge de la desaceleración de electrones energéticos en campos eléctricos nucleares y produce un fondo continuo, con un límite energético determinado por la energía del electrón incidente. Un fondo continuo y líneas discretas pueden aparecer juntos; la existencia de uno no excluye al otro. Estos mecanismos difieren de la fluorescencia visible, la dispersión de fonones y la captura de partículas.

Para un átomo hidrogenoide de dos cuerpos, sustituya la masa del electrón por la masa reducida μ=m_eM/(m_e+M). En el modelo Coulombiano simple, las energías de nivel escalan como −μZ²/n², por lo que las frecuencias espectrales escalan como μZ² y las longitudes de onda inversamente. Para el positronio M=m_e, μ=m_e/2 y su constante de Rydberg es la mitad del valor de masa nuclear infinita. Para un núcleo pesado μ se aproxima a m_e. En átomos multielectrónicos, utilice el llenado de orbitales y la regla de Hund en lugar del modelo hidrogenoide: los orbitales degenerados se ocupan individualmente con espines paralelos antes de aparejarse. El carbono 2p² tiene dos electrones desapareados y espín total S=1; el oxígeno 2p⁴ tiene dos electrones desapareados y también S=1. Los pares completos contribuyen cero espín neto.

En experimentos de Franck–Hertz, los electrones acelerados pierden energía mediante excitación inelástica una vez que alcanzan un umbral atómico. El espaciado repetido entre mínimos o máximos de corriente en el voltaje de aceleración puede identificar así la misma energía de excitación perdida una, dos o más veces. Un espaciado ΔV corresponde a una energía eΔV; los picos en 4,8,12 V no representan necesariamente tres energías de nivel excitado separadas. Los potenciales de contacto y los campos retardantes pueden desplazar las posiciones absolutas de los picos, por lo que debe usarse el espaciado y las condiciones del aparato indicadas. Si el átomo excitado retorna mediante un solo fotón de esa energía, la longitud de onda es hc/(eΔV).

En el efecto fotoeléctrico de un solo fotón, use la función de trabajo superficial phi.

Para energía del fotón 4.5 eV y phi = 2.0 eV, La magnitud del potencial de frenado es 2.5 V. Mayor intensidad a la misma frecuencia cambia la tasa de electrones disponibles, no esta energía máxima.

La intensidad de corriente y el voltaje de frenado responden a preguntas diferentes. Incluir masa reducida y degeneración orbital, y usar el espaciado de Franck–Hertz en lugar de tratar cada pico como un nuevo nivel de energía.

función de trabajo: Energía mínima requerida para extraer un electrón de la superficie especificada.

masa reducida: Masa efectiva de dos cuerpos m1m2/(m1+m2) para movimiento relativo.