Fysica

Einsteins interpretatie voor het foto-elektrisch effect


In 1905 stelde Einstein een nieuwe theorie voor licht voor, met behulp van het foto-elektrisch effect om te bewijzen of zijn ideeën inderdaad juist waren.

Aanvankelijk had Planck het concept van energiekwantisatie beperkt tot alleen de elektronen in de wanden van een zwart lichaam. Voor hem, terwijl hij energie uitstraalde, verspreidde het zich door de ruimte, net zoals golven zich verspreidden in water. Einstein op zijn beurt stelde voor dat energie zou worden gekwantificeerd in geconcentreerde pakketten die later zouden worden genoemd fotonen.

Einstein richtte zijn aandacht op de corpusculaire vorm waarin licht wordt uitgezonden en geabsorbeerd, niet op de golfvorm die zich voortplant. Hij betoogde dat de eis van Planck dat de energie van de elektromagnetische golven uitgezonden door een bron een veelvoud is van hf impliceerde dat door van een nhf-energietoestand naar een staat te gaan wiens energie was (n-1) hfzou de bron een discrete puls elektromagnetische straling uitzenden met hf.

Aanvankelijk ging het ervan uit dat dit energiepakket zich in een klein volume zou bevinden en daar zou blijven liggen als het zich met snelheid c, de snelheid van het licht, van de bron verwijderde.

De energie E van het pakket, of liever van het foton, is gerelateerd aan de frequentie f volgens de vergelijking:

In het foto-elektrisch effect wordt een foton volledig geabsorbeerd door een elektron in de fotokathode. Dus, wanneer uitgestoten door het metaaloppervlak, zal de elektronenkinetische energie worden gegeven door:

waarbij:

hf = invallende geabsorbeerde fotonenergie;

w = werk vereist om elektron van metaal te verwijderen.

Sommige elektronen zijn sterker gebonden dan anderen, zodat in het geval van de zwakste binding en geen intern verlies, het foto-elektron tevoorschijn komt met maximale kinetische energie, Kmax. dus:

Waar wo, een karakteristieke energie van het metaal, de werkfunctie genoemd, is de minimale energie die een elektron nodig heeft om het metaaloppervlak te kruisen en te ontsnappen aan de aantrekkelijke krachten die het aan het metaal hechten.

Sinds Kmax= eV0kunnen we de foto-elektrisch effectvergelijking herschrijven als:

Het bezwaar dat Kmax Afhankelijk van de intensiteit van de verlichting, stemt de fotontheorie volledig in met de experimenteel verkregen resultaten: verdubbeling van de lichtintensiteit verdubbelt eenvoudig het aantal fotonen en dus verdubbelt de intensiteit van de elektrische stroom, maar dit verandert niets aan de hf-energie van elk foton. .

Wat betreft het bestaan ​​van een frequentiedrempel, dit idee kan gemakkelijk worden geëlimineerd wanneer de maximale kinetische energie nul is:

Dit betekent dat een foton van frequentie f0 Het heeft precies de energie die nodig is om foto-elektronen uit te werpen en dus geen overtollige kinetische energie.

De afwezigheid van vertraging wordt verklaard door het feit dat de benodigde stroom wordt geleverd in geconcentreerde pakketten. Dus, in tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, is het niet gelijkmatig over een groot gebied verspreid, want als er licht op de kathode schijnt, zal er minstens één foton zijn om het te raken, dat onmiddellijk door een atoom wordt geabsorbeerd. en zal de onmiddellijke emissie van een foton veroorzaken.

Ten slotte stelt het model van Einstein dat een foton met frequentie f precies de energie hf heeft, geen veelvouden van hf. Het is echter duidelijk dat als we te maken hebben met n fotonen met frequentie f, de energie op die frequentie nhf zal zijn.


Video: Examen natuurkunde - Foto-elektrisch effect Quantumfysica (Augustus 2020).