AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

Mergulhos repetidos de corrente igualmente espaçados podem representar perdas repetidas da mesma energia de excitação, em vez de uma sequência de diferentes níveis atômicos.

Pré-requisitos: 7.

• Distinguir limiares fotoelétricos e raios-X característicos
• Aplicar escalonamento espectral de massa reduzida e preenchimento de spin de muitos elétrons
• Interpretar espaçamento de energia de Franck–Hertz sem inventar novos níveis

A energia cinética máxima fotoelétrica é Kmax=hν−ϕ para frequência de fóton acima do limiar ν0=ϕ/h. A magnitude do potencial de frenagem satisfaz eVs=Kmax, logo Vs é linear em ν acima do limiar. Aumentar a intensidade a frequência fixa aumenta a contagem de fótons disponível e geralmente a foto-corrente, não a energia máxima dos fotoelétrons. Abaixo do limiar, o modelo simples de um-fóton não emite fotoelétrons, independentemente da intensidade. A função trabalho é uma propriedade da superfície, não proporcional à frequência da iluminação.

Raios-X característicos resultam quando um elétron preenche uma vacância em camada interna, emitindo um fóton igual à diferença de energia entre camadas. Suas linhas estreitas dependem dos átomos-alvo. A radiação de frenamento surge da desaceleração de elétrons energéticos nos campos elétricos nucleares e produz um fundo contínuo, com limite de energia definido pela energia do elétron incidente. Um fundo contínuo e linhas discretas podem aparecer juntos; a existência de um não exclui o outro. Esses mecanismos diferem da fluorescência visível, espalhamento fonônico e captura de partículas.

Para um átomo hidrogenoide de dois corpos, substitua a massa do elétron pela massa reduzida μ=m_eM/(m_e+M). No modelo coulombiano simples, as energias dos níveis escalam como −μZ²/n², logo as frequências espectrais escalam como μZ² e os comprimentos de onda inversamente. Para o positônio M=m_e, μ=m_e/2 e sua constante de Rydberg é metade do valor de massa nuclear infinita. Para um núcleo pesado μ aproxima-se de m_e. Em átomos multieletrônicos, use preenchimento orbital e regra de Hund em vez do modelo hidrogenoide: orbitais degenerados são ocupados individualmente com spins paralelos antes do pareamento. O carbono 2p² tem dois elétrons desemparelhados e spin total S=1; o oxigênio 2p⁴ tem dois elétrons desemparelhados e também S=1. Pares preenchidos contribuem com spin líquido zero.

Em experimentos de Franck–Hertz, elétrons acelerados perdem energia por excitação inelástica assim que atingem um limiar atômico. Repetições de dip ou espaçamento de pico na corrente de aceleração podem identificar a mesma energia de excitação perdida uma, duas ou mais vezes. Um espaçamento ΔV corresponde à energia eΔV; picos em 4,8,12 V não precisam representar três energias de nível excitado separadas. Potenciais de contato e campos retentores podem deslocar posições absolutas de pico, logo use o espaçamento e as condições do aparelho declaradas. Se o átomo excitado retornar emitindo um fóton dessa energia, o comprimento de onda é hc/(eΔV).

No efeito fotoelétrico de um fóton, use a função trabalho superficial phi.

Para energia do fóton 4.5 eV e phi = 2.0 eV, A magnitude do potencial de frenagem é 2.5 V. Maior intensidade na mesma frequência altera a taxa de elétrons disponíveis, não essa energia máxima.

A intensidade da corrente e a tensão de parada respondem a perguntas diferentes. Inclua massa reduzida e degeneração orbital, e utilize o espaçamento de Franck–Hertz em vez de tratar cada pico como um novo nível de energia.

função trabalho: Energia mínima necessária para remover um elétron da superfície especificada.

massa reduzida: massa efetiva de dois corpos m1m2/(m1+m2) para movimento relativo.