X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

پدیده فتوالکتریک

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

نظریه انیشتین:

وقتی به صفحه فلزی نور با طول موج کوتاه بتابانیم تعدادی از کوانتومهای انرژی نور فرودی جذب صفحه فلزی می شود که می تواند الکترونهای منفرد اتمهای فلز را از محل خودشان جدا سازد زیرا وقتی یک فوتون به یک الکترون منفرد برخورد کند از حرکت باز میایستد و انرژی خود را به الکترون میدهد. اگر این انرژی (E) بیشتر از انرژی مقید الکترون(انرژی که تحت ان در مدار قرار گرفته) باشد پس از جدا کردن الکترون بقیه انرژی فوتون به انرژی جنبشی الکترون تبدیل میشود.
E=انرژی فوتون فرودی
hf=انرژی مقید الکترون در فلز
k=انرژی جنبشی الکترون

E=hf+k

پدیده فتوالکتریک

در اواخر قرن ۱۹هانریش هرتز مشاهده نمود که هرگاه نور فرابنفش به کلاهک فلزی الکتروسکوپ باردار با بار منفی بتابد الکتروسکوپ خنثی میشود یعنی نور فرودی میتواند الکترونهای اضافی را از الکتروسکوپ جدا کند . در سال ۱۹۰۵ میلادی انیشتین با استفاذه از نظریه کوانتمی نور توانست چگونگی بوقوع پیوستن این پدیده را توضیح دهد.

نظریه انیشتین:

وقتی به صفحه فلزی نور با طول موج کوتاه بتابانیم تعدادی از کوانتومهای انرژی نور فرودی جذب صفحه فلزی می شود که می تواند الکترونهای منفرد اتمهای فلز را از محل خودشان جدا سازد زیرا وقتی یک فوتون به یک الکترون منفرد برخورد کند از حرکت باز میایستد و انرژی خود را به الکترون میدهد. اگر این انرژی (E) بیشتر از انرژی مقید الکترون(انرژی که تحت ان در مدار قرار گرفته) باشد پس از جدا کردن الکترون بقیه انرژی فوتون به انرژی جنبشی الکترون تبدیل میشود.
E=انرژی فوتون فرودی
hf=انرژی مقید الکترون در فلز
k=انرژی جنبشی الکترون

E=hf+k

بررسی تجربی پدیده فتوالکتریک با نظریه انیشین هماهنگی دارد: شکل زیر دستگاهی را نشان میدهد که درانجام ازمایشات فتوالکتریک از ان استفاده می شود.

۱-لامپ کوارتز (خالی شده از هوا) ۲-ولتمتر ۳-گالوانومتر ۴-مقاومت ۵- باطری ۶-دوالکترود از جنس فلز سدیم

مشاهدات ازمایش :

۱-تا زمانیکه نور بر الکترود A که کاتد انتخاب شده نتابد با وجود ولتاژ بالا هیچ جریانی ازلامپ عبور نمی کند.

۲-در اثر تابش نور بر سطح فلز سدیم امپر متر عبور جریان در کمتر از ۱۰ نانو ثانیه نشان می دهد.

۳- اگر ولتاژ مثبت را زیادتر کنیم فتو الکترونهای بیشتری از A به B شارش می یابند و گالوانومتر عدد بیشتری را نشان میدهد.

۴-وقتی ولتاژ مثبت به حدی زیاد شود که بتواند تمام فتوالکترونها را به سمت الکترود B بکشاند بیشترین جریان فتوالکتریکی را گالوانومتر از خود عبور میدهد که به ان جریان اشباع گفته میشود و پس از ان مقدار جریان ثابت خواهد ماند.

۵- اگر جای قطبین باطری را عوض کنیم بطوریکه الکترود B ولتاژ منفی شود (V<0)خواهیم دید جریان فتو الکترون از مقدار بیشینه رو به کاهش می گذارد و در یک ولتاژ معین V- که به ان ولتاژ متوقف کننده گویند جریان فتوالکترون صفرمیشود و اگر ولتاژکمتر از –V شود جریان صفر خواهد ماند.

۶- اگر از فلزات دیگری به جای الکترود A استفاده شود به ازای بعضی از انها گالوانومتر هیچ جریانی را نشان نمیدهد.

۷ -اگرنور قرمز با شدت زیاد ، به الکترود فلز سدیم بتابانیم اگر چه تعداد بیشتری الکترون ازاد می سازد ولی نسبت به نور ابی با شدت کم، الکترونهای با انرژی کمتر تولید می کند.
۸- مقدار ولتاژ متوقف کننده تابع جنس الکترود فلز A نیست و به شدت نور فرودی وابسته است.

eV(stop) = hf – W

اگر شدت موج فرودی بزرگتر باشد الکترونها با انرژی بیشتری از سطح فلز A جدا خواهند شد.و اگر شدت موج فرودی کم باشد زمان بیشتری طول می کشد تا اینکه الکترونها به اندازه کافی انرژی کسب نمایند.

بطور خلاصه نتایج حاصل از نظریه انیشتین:
۱- برای جدا کردن یک الکترون مقید به فلز باید انرژی نور فرودی بزرگتر و یا مساوی با بسامد الکترون مقید به فلز باشد.

هما نطور که در شکل می بینم نور قرمز چون طول موجش بلندتر ودر نتیجه بسامد و انرژی کوچکتری نسبت به نور سبز و بنفش دارد نمی تواند الکترون مقید فلز پتاسیم را جدا کند در مقایسه نور سبز و بنفش می بینیم که چون طول موج نور بنفش کمتر وبسامد ان بیشتر است وانرژی بیشتری دارد نه تنها الکترون را از سطح فلز جدا میکند بلکه سرعت بیشتری هم به ان میدهد. انرژی فوتون فرودی را میتوان به صورت زیر هم نوشت*f همان فرکانس یا بسامد فرودی نورهای قرمز وسبز و بنفش است :

Ephoton=h*f

۲-هر چقدر شار نور فرودی مناسب بیشتر باشد تعداد الکترونهای بیشتری از سطح فلز ازاد خواهند شد.

ارسال نظر