اثر فوتوالکتریک

0

اثر فوتوالکتریک یک چالش مهم به مطالعه مطرح اپتیک در بخش دوم از 1800s. این تئوری کلاسیک موج نور را که نظریه غالب زمان بود به چالش کشید . این راه حل برای این معضل فیزیک بود که انیشتین را به برجستگی در جامعه فیزیک فریب داد و درنهایت جایزه نوبل سال 1921 را به دست آورد.

اثر فوتوالکتریک چیست؟

Annalen der Physik

هنگامی که یک منبع نور (یا به طور کلی ، تابش الکترومغناطیسی) روی یک سطح فلزی اتفاق می افتد ، سطح می تواند الکترونها از خود ساطع کند. الکترونهایی که در این مد ساطع می شوند ، فوتوالکترون ها نامیده می شوند (گرچه هنوز هم فقط الکترون هستند). این در تصویر سمت راست به تصویر کشیده شده است.

تنظیم جلوه Photoelectric

با استفاده از یک پتانسیل ولتاژ منفی (جعبه سیاه موجود در تصویر) به کلکتور ، انرژی بیشتری برای تکمیل سفر و آغاز جریان الکتریسیته صرف می شود. نقطهای که در آن هیچ الکترون آن را به جمع آوری به نام توقف بالقوه V بازدید کنندگان ، و می تواند برای تعیین حداکثر انرژی جنبشی استفاده حداکثر از الکترون (که مسئول الکترونیکی E ) با استفاده از معادله زیر است:

max = eV s

اثر فوتوالکتریک توضیح موج کلاسیک

تابع کار phiPhi

سه پیش بینی اصلی از این توضیح کلاسیک ناشی می شود:

  1. شدت تابش باید با انرژی حداکثر جنبشی حاصل از آن رابطه متناسب داشته باشد.
  2. اثر فوتوالکتریک باید بدون توجه به فرکانس یا طول موج ، برای هر نور اتفاق بیفتد.
  3. بین ترتیب اشعه با فلز و انتشار اولیه فوتوالکترون ها باید به ترتیب ثانیه تأخیر ایجاد شود.

نتیجه آزمایش

  1. شدت منبع نور تاثیری در حداکثر انرژی جنبشی فوتوالکترونها ندارد.
  2. در زیر یک فرکانس خاص ، اثر فوتوالکتریک به هیچ وجه رخ نمی دهد.
  3. هیچ تأخیر قابل توجهی (کمتر از 10-9 ثانیه) بین فعال سازی منبع نور و انتشار اولین فوتوالکترون ها وجود ندارد.

همانطور که می توانید بگویید ، این سه نتیجه ، برعکس پیش بینی های تئوری موج است. نه تنها این ، بلکه هر سه کاملاً ضد شهود هستند. چرا نور با فرکانس پایین باعث ایجاد اثر فوتوالکتریک نمی شود ، زیرا هنوز انرژی دارد؟ چگونه فوتوالکترون ها خیلی سریع آزاد می شوند؟ و ، شاید بسیار جالب توجه ، چرا اضافه شدن شدت بیشتر منجر به آزاد شدن بیشتر الکترون نمی شود؟ چرا تئوری موج در این مورد کاملاً نابسامان است که در خیلی شرایط دیگر خیلی خوب کار می کند

مطلب پیشنهادی منوجان
کوانتومی اپتیک چیست

سال شگفت انگیز انیشتین

آلبرت انیشتین Annalen der Physik

بر اساس ماکس پلانک را تابش جسم سیاه تئوری، انیشتین پیشنهاد کرد که انرژی تابشی است به طور مداوم بیش از جبهه موج توزیع نشده است، اما به جای آن در بسته نرم افزاری کوچک (که بعدها به موضعی فوتون ). انرژی فوتون با فرکانس آن ( ν ) همراه می شود ، از طریق یک ثابت تناسبی که به عنوان ثابت پلانک ( ساعت ) یا به صورت متناوب با استفاده از طول موج ( λ ) و سرعت نور ( c ) شناخته می شود:

E =  = hc / λ

یا معادله حرکت: p = h / λ

νφ

اگر با این وجود انرژی اضافی وجود داشته باشد ، فراتر از φ ، در فوتون ، انرژی اضافی به انرژی جنبشی الکترون تبدیل می شود:

حداکثر =  – φ

حداکثر انرژی جنبشی هنگامی حاصل می شود که الکترون های کمترین حد محکم از هم جدا شوند ، اما در مورد آنهایی که بسیار محکم هستند ، می توان نتیجه گرفت. مواردی که در آن فقط به اندازه کافی انرژی در فوتون وجود دارد تا بتواند آن را شل کند ، اما انرژی جنبشی حاصل از صفر است؟ با تنظیم max برابر با صفر برای این فرکانس قطع ( ν c ) ، دریافت می کنیم:

ν c = φ / ساعت

یا طول موج قطع: λ c = hc / φ

بعد از انیشتین

مهمتر از همه ، اثر فوتوالکتریک و نظریه فوتون که از آن الهام گرفته است ، تئوری کلاسیک موج نور را خرد کردند. گرچه هیچ کس نتوانست انکار کند که نور به عنوان موج رفتار می کند ، اما پس از اولین مقاله انیشتین ، غیرقابل انکار بود که این یک ذره نیز هست.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.