Fotony i fotoefekt: energia jednego kwantu a liczba elektronów

Potrzebne wiadomości: Częstotliwość, energia, napięcie i praca wyjścia.

Bilans jednego zdarzenia

Foton ma energię E=hf=hc/\lambda i pęd p=E/c w próżni. W zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym maksymalna energia kinetyczna wynosi E_{k,max}=hf-W. Dla hf mniejszego od pracy wyjścia W emisja jednofotonowa nie zachodzi. Ujemny wynik przedłużenia prostej nie oznacza elektronu o ujemnej energii kinetycznej.

Wartość napięcia hamowania spełnia eU_h=E_{k,max}. Mierzy granicę maksymalnej energii, nie energię każdego elektronu. Przy ustalonej częstotliwości większe natężenie światła zwiększa strumień fotonów. Przy stałej wydajności i pełnym zbieraniu zwiększa prąd nasycenia, lecz nie Uₕ.

Wykres i jednostki

Na wykresie Uₕ(f) nachylenie wynosi h/e, a próg f₀=W/h. Dla fotonu 4 eV i pracy wyjścia 2,5 eV maksymalna energia elektronu to 1,5 eV, odpowiadająca Uₕ=1,5 V. W eV i V zapis liczb jest tu zgodny, ponieważ rozpatrujemy ładunek jednego elektronu.

W fotokomórce część elektronów może nie docierać do elektrody zbierającej. Efekty wielofotonowe, stan powierzchni i ładunek przestrzenny wykraczają poza ten prosty model. Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne w półprzewodniku nie wymaga opuszczenia materiału: może zwiększać liczbę nośników. Nie należy go utożsamiać z każdym przypadkiem emisji elektronu do próżni.

Zadania do tego tematu

• Napięcie hamowania dla znanej energii fotonu
• Trzy razy większy strumień tych samych fotonów
• Energia poniżej progu i ujemny wynik odejmowania

Dalsza lektura

Materiał referencyjny