AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

צניחות חשמליות חוזרות ומרווחות באופן שווה יכולות לייצג אובדנים חוזרים של אותה אנרגיית גירוי, ולא סדרה של רמות אטומיות שונות.

תנאי קדם: 7.

• להבדיל בין ספינות פוטואלקטריות לקרני X אופייניות
• להחיל קנה מידה ספקטרלי של מסה מופחתת ומילוי סpin של רב-אלקטרונים
• לפרש מרווח אנרגטי של פרנק-הרץ מבלי להמציא רמות חדשות

האנרגיה הקינטית המקסימלית בפוטואלקטריק היא Kmax=hν−ϕ לתדר פוטון מעל הסף ν0=ϕ/h. גודל מתח העצירה מקיים eVs=Kmax, ולכן Vs הוא ליניארי ב-ν מעל הסף. הגברת עוצמה בתדר קבוע מגדילה את מספר הפוטונים הזמינים ואת זרם הפוטואלקטרונות, אך אינה משנה את אנרגיית האלקטרונים המקסימלית. מתחת לסף, המודל של פוטון יחיד לא פולט אלקטרונים ללא קשר לעוצמה. פונקציית העבודה היא תכונה של השטח ואינה פרופורציונלית לתדר התאורה.

קרני X מאפיין נוצרות כאשר אלקטרון ממלא ריק באורביטל פנימי, ומפליט פוטון השווה להפרש האנרגיה בין האורביטלים. קווי הקריעה החדים תלויים באתומי המטרה. ברמסטרלונג נובע מהאטה של אלקטרונים אנרגטיים בשדות חשמליים גרעיניים ומייצר רקע רציף, עם סף אנרגטי הנקבע על ידי אנרגיית האלקטרון הפוגע. רקע רציף וקווים דיסקרטיים יכולים להופיע יחד; קיום אחד אינו מכיל את השני. מנגנונים אלו שונים מפלואורסצנציה נראית, פיזור פנונים ולכידת חלקיקים.

עבור אטום דו-גופתי דמוי מימן, החליפו את מסת האלקטרון במסה מפוחתת μ=m_eM/(m_e+M). בדגם קולומב הפשוט, אנרגיות הרמות נמדדות ב-μZ²/n², ולכן תדרים ספקטרליים נמדדים ב-μZ² ואורכי גל היפוך. עבור פוזיטריום M=m_e, μ=m_e/2 וקבוע רידברג שלו הוא חצי מערך המסה הגרעינית האינסופית. עבור גרעין כבד μ שואף ל-m_e. באטומים רב-אלקטרוניים, השתמשו במילוי אורביטלים ובחוק הונד במקום בדגם המימן: אורביטלים דגנרטטיים מאוכלסים בבודד עם ספין מקביל לפני זוגות. פחמן 2p² נותן שני אלקטרונים בלתי זוגיים וספין כולל S=1; חמצן 2p⁴ יש שני אלקטרונים בלתי זוגיים וגם S=1. זוגות מלאים תורמים ספין נטו אפס.

ניסויי פרנק-הרץ, אלקטרונים מואצים מאבדים אנרגיה דרך גירוי אל-אלסטי ברגע שהם מגיעים לסף אטומי. מרווחים חזורים בין שיאי זרם או שקעים במתח ההאצה יכולים לזהות את אותה אנרגיית גירוי שאבדה פעם אחת, שתיים או יותר. מרווח ΔV עולה על אנרגיה eΔV; שיאים ב-V 4,8,12 אינם חייבים לייצג שלוש אנרגיות רמות מעוררות נפרדות. פוטנציאלים מגע ושדות העיכוב יכולים להזיז את מיקומי השיאים המוחלטים, לכן השתמש במרווח ובתנאי המתקן המפורטים. אם האטום המעורר חוזר באמצעות פוטון אחד באותה אנרגיה, אורך הגל הוא hc/(eΔV).

באפקט הפוטואלקטריק של פוטון יחיד, השתמש בפונקציית העבודה של השטח phi.

עבור אנרגיית פוטון 4.5 eV ופונקציית עבודה phi = 2.0 eV, גודל מתח העצירה הוא 2.5 V. עוצמה גבוהה יותר באותו תדר משנה את קצב האלקטרונים הזמינים, אך אינה משנה את אנרגיית המקסימום זו.

*אין פליטה מתחת ל-2 eV; מסת המופחתת של הפוזיטריון מחצית את קנה המידה הספקטרלי שלו

עוצמת הזרם ומתח החוסם עונים על שאלות שונות. כלול מסה מופחתת ודגנרטיה אורביטלית, והשתמש במרווח פרנק-הרץ ולא בטיפול בכל שיא כרמת אנרגיה חדשה.

פונקציית עבודה: האנרגיה המינימלית הנדרשת להוצאת אלקטרון מהשטח המצויין.

מסת מופחתת: מסה אפקטיבית דו-גופית m1m2/(m1+m2) לתנועה יחסית.