AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

Lengan arus berulang yang berjarak sama dapat mewakili kehilangan energi eksitasi yang sama berulang kali, alih-alih serangkaian tingkat atom yang berbeda.

Prasyarat: 7.

• Bedakan ambang fotoelektrik dan sinar-X karakteristik
• Terapkan penskalaan spektral massa tereduksi dan pengisian spin banyak-elektron
• Interpretasikan celah energi Franck–Hertz tanpa menciptakan tingkat baru

Energi kinetik maksimum fotoelektrik adalah Kmax=hν−ϕ untuk frekuensi foton di atas ambang ν0=ϕ/h. Besaran potensial henti memenuhi eVs=Kmax, sehingga Vs linear terhadap ν di atas ambang. Meningkatkan intensitas pada frekuensi tetap meningkatkan jumlah foton yang tersedia dan biasanya arus foto, bukan energi elektron maksimum. Di bawah ambang, model satu-foton sederhana tidak memancarkan elektron apa pun terlepas dari intensitasnya. Fungsi kerja adalah sifat permukaan, tidak berbanding lurus dengan frekuensi penerangan.

Sinar-X karakteristik dihasilkan ketika elektron mengisi kekosongan kulit dalam, memancarkan foton yang sama dengan selisih energi kulit. Garis tajamnya bergantung pada atom target. Bremsstrahlung timbul dari perlambatan elektron berenergi tinggi dalam medan listrik inti dan menghasilkan latar belakang kontinu, dengan batas energi ditentukan oleh energi elektron insiden. Latar belakang kontinu dan garis diskrit dapat muncul bersama; keberadaan salah satunya tidak menyingkirkan yang lain. Mekanisme ini berbeda dari fluoresensi tampak, hamburan fonon, dan penangkapan partikel.

Untuk atom dua-bodi mirip hidrogen, ganti massa elektron dengan massa reduksi μ=m_eM/(m_e+M). Dalam model Coulomb sederhana, energi tingkat berskala sebagai −μZ²/n², sehingga frekuensi spektral berskala sebagai μZ² dan panjang gelombang berbanding terbalik. Untuk positronium M=m_e, μ=m_e/2 dan konstanta Rydberg-nya adalah setengah dari nilai massa inti tak terhingga. Untuk inti berat μ mendekati m_e. Pada atom multi-elektron, gunakan pengisian orbital dan aturan Hund daripada model hidrogen: orbital degenerat diisi secara tunggal dengan spin sejajar sebelum berpasangan. Karbon’s 2p² memberikan dua elektron tak berpasangan dan total spin S=1; oksigen’s 2p⁴ memiliki dua elektron tak berpasangan dan juga S=1. Pasangan terisi berkontribusi nol spin bersih.

Dalam eksperimen Franck–Hertz, elektron yang dipercepat kehilangan energi melalui eksitasi inelastis sekali mereka mencapai ambang atom. Perulangan simpul arus atau jarak puncak dalam tegangan akselerasi dapat mengidentifikasi energi eksitasi yang sama yang hilang satu, dua kali, atau lebih. Jarak ΔV sesuai dengan energi eΔV; puncak pada 4,8,12 V tidak perlu mewakili tiga energi tingkat tereksitasi yang terpisah. Potensial kontak dan medan penahan dapat menggeser posisi puncak absolut, jadi gunakan jarak dan kondisi peralatan yang dinyatakan. Jika atom tereksitasi kembali dengan satu foton dari energi tersebut, panjang gelangnya adalah hc/(eΔV).

Dalam efek fotoelektrik satu-foton, gunakan fungsi kerja permukaan phi.

Untuk energi foton 4.5 eV dan phi = 2.0 eV, Besaran potensial henti adalah 2.5 V. Intensitas lebih tinggi pada frekuensi yang sama mengubah laju elektron yang tersedia, bukan energi maksimum ini.

Intensitas arus dan tegangan penghenti menjawab pertanyaan yang berbeda. Sertakan massa tereduksi dan degenerasi orbital, dan gunakan jarak Franck–Hertz alih-alih menganggap setiap puncak sebagai tingkat energi baru.

fungsi kerja: Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan tertentu.

massa tereduksi: massa efektif dua-bodi m1m2/(m1+m2) untuk gerak relatif.