מצגת
Transcription
מצגת
גלי אור עד לשנת 1900מודל הגלים תאר בצורה מדויקת את כל התופעות המאפיינות את התנהגות האור כמו שבירה ,החזרה ,התאבכות ועקיפה גלי אור מאופיינים ע"י: – Aאמפליטודה – fתדירות - lאורך גל – Cמהירות האור בריק האפקט הפוטואלקטרי תופעה פיזיקלית שבה נפלטים אלקטרונים מפני מתכת כאשר פוגעת בה קרינה אלקטרומגנטית ונבלעת בה. ההסבר שנתן אלברט איינשטיין לאפקט זה בשנת 1905זיכה אותו בפרס נובל לפיזיקה בשנת .1921 תא פוטואלקטרי: • • • • שפורפרת ריק שבתוכה שתי אלקטרודות: פולט (קתודה) -מתכת שבה פוגע האור וממנה נפלטים האלקטרונים. פולט (אנודה) -אלקטרודת מתכת נוספת שאליה מגיעים חלק מהאלקטרונים שנפלטו. אם סוגרים מעגל מתקבל זרם חשמלי. תאור התופעה האור הפוגע בקתודה גורם לפליטת אלקטרונים ,אלקטרונים אלו נפלטים עם אנרגיה קינטית מסוימת וכך מגיעים אל האנודה וזורם זרם במעגל. אם מפעילים מתח קדמי (האנודה חיובית ביחס לקתודה) ,המתח יאיץ את האלקטרונים לכוון האנודה והזרם במעגל יגדל. אם מפעילים מתח הפוך או מתח מעכב (האנודה שלילית ביחס לקתודה) ,המתח יתנגד לזרימת האלקטרונים לכוון האנודה והזרם במעגל יקטן. מתח עצירה - Voהמתח שממנו ואילך לא יגיעו אלקטרונים לקולט ולכן לא ימדד זרם. תופעות שהתגלו במהלך ביצוע הניסוי ושלא ניתן היה להסבר אותן באמצעות התיאוריה הגלית .1מספר האלקטרונים הנפלטים מהמתכת תלוי בעוצמת האור ,אך לא כן מהירותם. .2מהירות האלקטרונים הנפלטים גדלה ככל שתדירות האור הפוגע גדלה. .3לכל מתכת קיימת תדירות סף ,אשר אור בעל תדירות נמוכה יותר לא יגרום לפליטת אלקטרונים ממנה ,ללא תלות בעוצמת האור. .4פליטת האלקטרונים היא מיידית (מרגע תחילת הקרנת האור) ואין השהיה ,גם כאשר עוצמת האור נמוכה. ההסבר של אינשטיין יש להסתכל על האור כעל אוסף חלקיקים (פוטונים) ,אשר לכל אחד מהם אנרגיה E = hf השערה זו מניחה שבעת פגיעת פוטון במתכת ,נעלם הפוטון וכל האנרגיה שלו מועברת לאחד האלקטרונים במתכת. האנרגיה המינימלית הנדרשת על מנת לפלוט אלקטרון מהמתכת הינה תכונה של המתכת וקרויה בשם "פונקציית עבודה" . B - לכן ,אלקטרונים יכולים להיפלט מהמתכת רק כאשר האנרגיה של כל פוטון גדולה מפונקציית העבודה. במקרה כזה ,שארית האנרגיה הופכת לאנרגיה הקינטית של האלקטרוןEk = hf - B : מסקנה – קיימת תדירות סף foשתאפשר פליטה של אלקטרונים. תאוריה זו עונה על כל הקשיים שלא היו ניתנים להסבר על ידי הסתכלות על האור כעל גל בלבד: .1הגדלת עוצמת האור משנה רק את מספר הפוטונים ,אך לא את האנרגיה של כל אחד מהם .לכן היא מגדילה את מספר האלקטרונים הנפלטים ,אבל לא משפיעה על האנרגיה הקינטית של כל אחד מהם .או לחלופין ,אנרגיית הפוטון (התלויה רק בתדירותו שלא השתנתה) אינה גדולה מספיק על מנת לשחרר אלקטרון וכך ,אף על פי שעוצמת האור הוגדלה עדין לא נפלטים אלקטרונים. .2כאשר תדירות האור גדלה ,האנרגיה של כל אחד מהפוטונים גדלה אף היא ,ולכן גדלה האנרגיה הקינטית של האלקטרון הנפלט. .3כאשר hf <Bאין לפוטון אנרגיה מספיקה להוצאת אלקטרון מהמתכת .זה המקור לתדירות הסף שנמצאה עבור המתכת. .4פוטון אחד פולט אלקטרון אחד -קצב הפליטה נקבע על ידי האינטראקציה של הפוטון עם האלקטרון .למרות שהקצב הממוצע של מעבר האנרגיה למתכת מאוד נמוך, האנרגיה אינה מתחלקת בין כל האלקטרונים ,אלא מוענקת רק לחלק קטן מהם ,אלה שהפוטונים פוגעים בהם. אופיינים .1אופיין הזרם הנמדד כתלות במתח הנופל על התא – עוצמת האור ותדירותו קבועים iזרם הופעת זרם רוויה :ממתח חיובי מסוים ואילך הגדלת המתח לא משפיעה על הזרם כי כל האלקטרונים שנפלטו מהפולט הגיעו לקולט. מתח עצירה : V0המתח שממנו ואילך לא יגיעו אלקטרונים לקולט ולכן לא יימדד זרם. E K E P E K max eV0 Vמתח -V0 .2אופיין של אור מונוכרומטי בעוצמות שונות הגדלת עוצמת האור הגדילה את זרם הרוויה אך לא השפיעה על מתח העצירה הגדלת עוצמת האור הגדילה את מספר האלקטרונים הנפלטים אך לא שינתה את האנרגיה הקינטית המקסימאלית של כל אלקטרון. האנרגיה הקינטית המקסימאלית של אלקטרון נפלט ,כתלות בתדירות האור הפוגע ,עבור מתכות שונות. EKmax קיימת תדירות סף : fo כדי שאלקטרון יפלט מהמתכת ונמדוד זרם במעגל ,תדירות האור הפוגע צריכה להיות גדולה מתדירות סף שאופיינית לכל מתכת -ללא כל השפעה של עוצמת האור הפוגע. התלות בין האנרגיה הקינטית המקסימאלית של אלקטרון נפלט והתדירות לינארית והשיפוע קבוע ללא תלות במתכת. 0 0 0