Efect fotoelectric

Mecanism

Nu orice undă electromagnetică va provoca efectul fotoelectric, ci doar radiațiile de o anumită frecvență sau mai mare vor provoca acest efect. Frecvența minimă necesară se numește "frecvență de tăiere" sau "frecvență de prag". Frecvența de cutoff este utilizată pentru a găsi funcția de lucru, w {\displaystyle w} , care reprezintă cantitatea de energie care ține electronul pe suprafața metalului. Funcția de lucru este o proprietate a metalului și nu este afectată de radiația care intră. Dacă o frecvență a luminii lovește suprafața metalului care este mai mare decât frecvența de tăiere, atunci electronul emis va avea o anumită energie cinetică.

Energia unui foton care cauzează efectul fotoelectric se găsește prin E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w}. unde h {\displaystyle h} este constanta lui Planck, 6,626×10 ⁻³⁴J-s, f {\displaystyle f} este frecvența undei electromagnetice, K E {\displaystyle KE} este energia cinetică a fotoelectronului și w {\displaystyle w} este funcția de lucru pentru metal. În cazul în care fotonul are o energie mare, poate avea loc împrăștierea Compton (~ mii de eV) sau producerea de perechi (~ milioane de eV).

Numai intensitatea luminii nu determină ejecția de electroni. Numai lumina cu frecvența de întrerupere sau mai mare poate face acest lucru. Cu toate acestea, creșterea intensității luminii va crește numărul de electroni emiși, atâta timp cât frecvența este mai mare decât frecvența de tăiere.

Istoric

Heinrich Hertz a făcut prima observație a efectului fotoelectric în 1887. El a raportat că o scânteie sărea mai ușor între două sfere încărcate dacă acestea erau luminate. S-au făcut studii suplimentare pentru a afla mai multe despre efectul observat de Hertz. În 1902, Philipp Lenard a demonstrat că energia cinetică a unui fotoelectron nu depinde de intensitatea luminii. Cu toate acestea, abia în 1905, Einstein a propus o teorie care să explice pe deplin acest efect. Teoria spune că radiația electromagnetică este o serie de particule, numite fotoni. Fotonii se ciocnesc cu electronii de pe suprafață și îi emit. Această teorie contravenea credinței că radiația electromagnetică era o undă. Astfel, la început nu a fost recunoscută ca fiind corectă. În 1916, Robert Millikan a publicat rezultatele unor experimente realizate cu ajutorul unui fototub în vid. Lucrările sale au arătat că ecuația fotoelectrică a lui Einstein explica foarte exact comportamentul. Cu toate acestea, Millikan și alți oameni de știință au acceptat mai greu teoria lui Einstein privind cuantele de lumină. Teoria ondulatorie a radiației electromagnetice a lui Maxwell nu poate explica efectul fotoelectric și radiația corpului negru. Acestea sunt explicate de mecanica cuantică.