Záporně nabitá zinková destička ztratí svůj náboj, když je ozářena ultrafialovým světlem. Tento jev se označuje jako tzv. vnější fotoefekt (fotoelektrický jev).
Na základě podrobnějšího bádání z konce 19. století vyplynulo, že fotoefektu lze dosáhnout i u jiných materiálů, ale vždy jen při použití vysokofrekvenčního světla. Každé látce lze přiřadit frekvenci (resp. vlnovou délku), od které lze fotoefekt pozorovat. Pro badatele byl především problém pochopit, jak je možné, že při nižší frekvenci (delší vlnové délce) není možné vyvolat fotoefekt ani při vysoké intenzitě dopadajícího světla.
Vysvětlení podal až v roce 1905 Albert Einstein: Světlo se skládá z částic (fotonů), přičemž energie fotonu je úměrná frekvenci světla. Na uvolnění jednoho elektronu z povrchu ozařované destičky je potřeba určité energie (pochopitelně závislé na použitém materiálu) tzv. výstupní práce. Je-li tedy frekvence, přesněji řečeno odpovídající energie, větší než tato hodnota, je možné z povrchu uvolnit elektron.
Z tohoto vysvětlení plyne následující rovnice:
| Ekin = h f – W |
Ekin ... maximální kinetická energie uvolněného elektronu
h ..... Planckova konstanta (6,626 · 10-34 Js)
f ..... frekvence
W ..... výstupní práce
Následující Java aplet ukazuje měřicí aparaturu pro určení Planckovy konstanty a výstupní práce. Ze světla rtuťové výbojky se pomocí filtrů vybere jen jedna spektrální čára dané vlnové délky. Toto světlo dopadne na katodu (K) fotoelektronky a vyvolá tam fotoefekt (pokud k němu dojde). Pro určení maximálné kinetické energie emitovaných elektronů je třeba nalézt pomocí nastavení potenciometru tzv. brzdné napětí. To je takové nejmenší napětí, které dokáže zabrzdit emitované elektrony tak, aby již nedolétly na anodu (A). Modrý měřící přístroj zobrazuje hodnotu nastaveného napětí. Zda ještě elektrony dopadají na anodu můžeme poznat z protékajícího proudu na červeném ampérmetru.
Na zeleném panelu můžeme zvolit materiál, ze kterého je vyrobena katoda, vlnovou délku dopadajícího světla a hodnotu elektrického napětí. Výsledky měření se zakreslí vlevo dole do f-U diagramu (frekvence-napětí).
Z výsledků třech sérií měření vzniká v f-U diagramu trojice rovnoběžných přímek. Ze směrnice (sklonu) přímek lze určit Planckovu konstantu. Velikost výstupní práce pro daný materiál katody (v eV - tzv. elektronvoltech) bezprostředně plyne z průsečíků se svislou osou.
|
|
| Fyzika - aplety |
URL: http://www.walter-fendt.de/ph14cz/photoeffect_cz.htm
© Walter Fendt, February 20, 2000
© Překlad do češtiny: Miroslav Panoš, Gymnázium J. Vrchlického, Klatovy
Last modification: December 3, 2005