האפקט הפוטואלקטרי
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| photoelectric effect/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɪk ɪˈfekt/ | אפקט פוטואלקטרי |
אור כחול משליך אלקטרונים — אור אדום לעולם לא עושה זאת, בין אם הוא בהיר מאוד
- אם מאירים אור על מתכת, אלקטרונים יכולים להתנתק ממנה. אבל יש כאן תנאי.
- אור כחול משליך אותם מיד; אור אדום לא עושה כלום — גם אם האור האדום עיוור מבהירותו.
- אף תיאוריית גל לא יכולה להסביר זאת. רק פוטונים יכולים.
- זהו האפקט הפוטואלקטרי, ההוכחה של איינשטיין שאור עשוי מחלקיקים.
פוטון אחד, אלקטרון אחד
- האור מספק אנרגיה ב-פוטונים, כל אחד נושא $E = hf$.
- כדי לצאת מהמתכת, אלקטרון צריך פוטון אחד עם אנרגיה מספקת במכה אחת.
- פוטון בתדר מתחת לסף פשוט אין לו אנרגיה מספיקה — ואין אלקטרון שיוצא.
- מעל הסף, כל פוטון משחרר אלקטרון אחד.
האפקט הפוטואלקטרי הוא ראיה לכך שזוהי תנהגות האור כ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
תדורת סף ניתן להסביר רק אם האור מגיע בפוטונים.
מדוע בהירות אינה מועילה מתחת לסף
- אם התדר נמוך מדי, גם קרן בהירה מאוד לא תשחרר אלקטרונים.
- יותר פוטונים בעלי אנרגיה חסרה לא יכולים לשחרר אלקטרון — הבהירה מספקת כמות, לא איכות.
- מעל הסף, קרן בהירה יותר משחררת יותר אלקטרונים (יותר פוטונים), אך לא מהירים יותר.
- רק הגברת התדר נותנת לכל אלקטרון יותר אנרגיה קינטית.
מתחת לתדירות הסף, הגדלת בהירות האור:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מתחת לתחום, כל פוטון חלש מדי — בהירות אינה יכולה לשחרר כל אלקטרון.
מעל התחום, קרן בהירה יותר משחררת:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
יותר פוטונים משחררים יותר אלקטרונים; המהירות תלויה בתדירות ולא בהירות.
איזון האנרגיה
- חלק מאנרגיית הפוטון הולך לשחרור האלקטרון (הפונקציית עבודה); שארית האנרגיה הופכת לאנרגיה הקינטית שלו.
- בסמלים: $hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$.
- לכן מעל הסף, תדר גבוה יותר → אלקטרונים משוחררים מהירים יותר.
- החישוב המדויק הזה הוא מה שהביא לאייןשטיין את פרס נובל.
האפקט הפוטואלקטרי
האנרגיה הקינטית המקסימלית של אלקטרונים המופלטים עולה ליניארית עם תדירות האור, מעבר לסף מסוים.
מעל התחום, אור בתדורה גבוהה יותר משחרר אלקטרונים באנרגיה קינטית גדולה יותר.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$: אנרגיית פוטון גבוהה יותר מניחה אנרגיה קינטית רבה יותר.
האנרגיה המינימלית הנדרשת לשחרור אלקטרון מהמתכת היא פונקציית ______.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
פונקציית העבודה $\phi$ היא האנרגיה הדרושה לשחרור אלקטרון; השאר הופך לאנרגיה קינטית.
בחר את כל המשפטים הנכונים על האפקט הפוטואלקטרי.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
תדר סף, התנהגות חלקיקית ומהירות קבועה לתדר נתון כולם נכונים. אור אדום בהיר (מתחת לסף) לא פולט כלום.
מתחת לתדר הסף, אין שחרור אלקטרונים — ללא קשר לכמה בהיר האור. בהירות (יותר פוטונים) לא יכולה להחליף תדר (אנרגיה לפוטון). תורת הגלים צפויה שאור בהיר יעבוד תמיד; העובדה שהוא לא מוכיחה שאור הוא חלקיקים.
אור סגול-כחול עמום משחרר אלקטרונים מפני מתכת, אך אור אדום עוצמתי לא עושה זאת. מדוע?
- פוטוני UV הם מעל תדר הסף (יש להם מספיק אנרגיה כל אחד), ולכן הם משחררים אלקטרונים.
- פוטונים אדומים הם מתחת לו — כל אחד חלש מדי, והוספת יותר (הגברת בהירות) אינה מועילה.
האפקט הפוטואלקטרי: אור משחרר אלקטרונים רק מעל תדר סף, כי האנרגיה מגיעה בפוטונים ($E = hf$) שחייבים לשחרר אלקטרון אחד אחרי השני. מתחת לסף, בהירות אינה מועילה; מעליו, תדר גבוה יותר נותן אלקטרונים מהירים יותר ($hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$). זה מוכיח שאור הוא חלקיקים.