Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 195. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne - właściwości

Korpuskularne własności światła - fotony

Zjawisko fotoelektryczne polega na emisji elektronów z powierzchni ciała pod wpływem światła.

Elektrony unoszą ze sobą ładunek elektryczny ujemny.

Z zasady zachowania ładunku elektrycznego wynika, że ciało musi "uzyskać" ładunek dodatni.

Zadanie

Na izolowaną od otoczenia płytkę z rubidu umieszczoną w opróżnionej z powietrza bańce pada światło.

Jaki ładunek uzyska płytka pod wpływem tego światła?

Obliczenia przeprowadzić dla światła o energii fotonu równej 3 elektronowolty i dla ilości 200 zaabsorbowanych fotonów.

Praca wyjścia dla rubidu równa jest W=2,16eV.

Rozwiązanie

Zakładamy, że emisja jednego fotoelektronu nie ma wpływu na emisję drugiego fotoelektronu.

Spełniony jest podstawowy warunek zajścia zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego – energia fotonu jest większa niż praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu (rubidu). Na pewno więc zajdzie emisja fotoelektronów.

Przy założeniu, że każdy foton o energii 3 eV padający na powierzchnię rubidu wywoła emisję fotoelektronu nastąpi naładowanie się płytki rubidu.

Każdy elektron unosi 1 ładunek o wartości ładunku elementarnego. Ładunek elektronu w atomie jest kompensowany przez odpowiadający mu ładunek dodatni znajdujący się w protonie. Protony są z kolei składnikami jądra atomowego.

Każdy foton o podanej energii może wywołać emisję jednego elektronu. Pozostała część energii niesiona przez foton ujawnia się w formie energii kinetycznej fotoelektronu.

Płytka rubidu uzyska więc ładunek dodatni o wartości 200 ładunków elementarnych. Oznacza to, że wokół płytko rubidu będzie istniało pole elektryczne utrudniające wyrwanie się każdego następnego fotoelektronu.

Dla większych ilości fotonów musimy więc zrezygnować z założenia o braku wpływu emisji poprzedniego fotoelektronu na emisję następnego

Założenie to możemy zastąpić innym - płytka rubidu ma stale ładunek zero, czyli do płytki przyłożone jest niezmiernie mały ujemny potencjał umożliwiający uzupełnienie brakującego ładunku. Problem w tym, jak zrealizować to praktycznie.




195.8-2009.03.13