1Zjawisko fotoelektryczne
- Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne to wybijanie elektronów z powierzchni metalu przez światło (fotoelektrony).
- Oznaczenia: W — praca wyjścia, czyli najmniejsza energia potrzebna do wyrwania elektronu z danego metalu [J lub eV]; f — częstotliwość światła [Hz]; fgr — częstotliwość graniczna [Hz]; λgr — graniczna długość fali [m]; h = 6,63·10−34 J·s; c = 3,00·108 m/s.
- Pojedynczy foton oddaje całą energię jednemu elektronowi. Elektron może wylecieć tylko wtedy, gdy hf ≥ W.
fgr = W przez h, λgr = c przez fgr. Zjawisko zachodzi dla f ≥ fgr (λ ≤ λgr); dla f < fgr – nie zachodzi.
2Natężenie a częstotliwość
- Przy danej częstotliwości natężenie światła jest proporcjonalne do liczby fotonów padających w ciągu sekundy.
- f < fgr: większe natężenie nic nie zmienia – fotonów jest więcej, ale każdy ma za mało energii, a elektron nie sumuje energii kilku fotonów.
- f > fgr: większe natężenie zwiększa liczbę fotoelektronów (prąd), ale nie ich energię kinetyczną; tę zwiększa tylko większa częstotliwość. Bilans hf = W + Ek,max – w klasie IV (rozszerzenie).
- Modelem falowym tego nie da się wyjaśnić – efekt fotoelektryczny świadczy o fotonowej naturze światła.
- Dane: W = 2,3 eV = 2,3 · 1,60·10−19 J = 3,68·10−19 J.
- Wzory: fgr = W przez h, λgr = c przez fgr.
- Obliczenia: fgr = 3,68·10−19 J przez 6,63·10−34 J·s ≈ 5,55·1014 Hz; λgr = 3,00·108 m/s przez 5,55·1014 Hz ≈ 5,4·10−7 m = 540 nm.
- Odpowiedź: fgr ≈ 5,6·1014 Hz; światło zielone (500 nm) wybije elektrony, czerwone (700 nm) – nie.
Graniczna długość fali dla metalu wynosi 540 nm. Które światło wybije z niego elektrony?
Fala krótsza od granicznej to fotony o energii większej od pracy wyjścia.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Jonizacja
- Jonizacja to oderwanie elektronu od atomu (powstaje jon dodatni). Energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym wynosi 13,6 eV.
- Foton jonizujący wodór musi mieć E ≥ 13,6 eV, czyli λ ≤ hc przez 13,6 eV ≈ 91 nm (nadfiolet). Jonizować mogą też szybkie cząstki – dlatego promieniowanie jonizujące jest groźne dla organizmów.
„mocniejsza lampa wybije elektrony każdym światłem”
Jeśli energia pojedynczego fotonu jest mniejsza od pracy wyjścia, zwiększanie natężenia nie pomaga.
✎Ściąga: Zjawisko fotoelektryczne i jonizacja
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- fgr = W przez h, λgr = c przez fgr. Zjawisko zachodzi dla f ≥ fgr (λ ≤ λgr); dla f < fgr – nie zachodzi.
- Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne to wybijanie elektronów z powierzchni metalu przez światło (fotoelektrony).
- Oznaczenia: W — praca wyjścia, czyli najmniejsza energia potrzebna do wyrwania elektronu z danego metalu [J lub eV]; f — częstotliwość światła [Hz]; fgr — częstotliwość graniczna [Hz]; λgr — graniczna długość fali [m]; h = 6,63·10−34 J·s; c = 3,00·108 m/s.
- Dane: W = 2,3 eV = 2,3 · 1,60·10−19 J = 3,68·10−19 J.
- Wzory: fgr = W przez h, λgr = c przez fgr.
- Obliczenia: fgr = 3,68·10−19 J przez 6,63·10−34 J·s ≈ 5,55·1014 Hz; λgr = 3,00·108 m/s przez 5,55·1014 Hz ≈ 5,4·10−7 m = 540 nm.
- Odpowiedź: fgr ≈ 5,6·1014 Hz; światło zielone (500 nm) wybije elektrony, czerwone (700 nm) – nie.
- Jonizacja to oderwanie elektronu od atomu (powstaje jon dodatni). Energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym wynosi 13,6 eV.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Zjawisko fotoelektryczne zachodzi, gdy
- Anatężenie jest duże, niezależnie od f
- Bf < fgr
- Cmetal jest ogrzany
- Df ≥ fgr
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: f ≥ fgr – Energia fotonu hf musi być co najmniej równa pracy wyjścia W.
Częstotliwość graniczna wynosi
- AW·h
- Bh/W
- CW/h
- DW/c
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: W/h – Z warunku h·fgr = W.
Światło o f < fgr oświetla metal coraz silniejszym strumieniem. Co się dzieje?
- AMetal się namagnesowuje
- BElektrony nadal nie są wybijane
- CRośnie energia wybijanych elektronów
- DZaczyna się emisja elektronów
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Elektrony nadal nie są wybijane – Każdy foton ma za mało energii, a elektron nie sumuje energii kilku fotonów.
Przy f > fgr zwiększenie natężenia światła zwiększa
- Aczęstotliwość graniczną
- Bich maksymalną energię kinetyczną
- Cpracę wyjścia
- Dliczbę fotoelektronów
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: liczbę fotoelektronów – Więcej fotonów na sekundę wybija więcej elektronów, ale każdy z nich dostaje tyle samo energii.
Praca wyjścia metalu wynosi 2,3 eV. Częstotliwość graniczna to około
- A3,5·10−15 Hz
- B1,5·10−33 Hz
- C5,6·1014 Hz
- D5,6·106 Hz
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: 5,6·1014 Hz – fgr = 2,3 · 1,60·10−19 J/6,63·10−34 J·s ≈ 5,6·1014 Hz.
Graniczna długość fali dla metalu wynosi 540 nm. Które światło wybije z niego elektrony?
- Ażadne z wymienionych
- Bzielone, 500 nm
- Cczerwone, 700 nm
- Dpodczerwone, 1000 nm
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: zielone, 500 nm – Fala krótsza od granicznej to fotony o energii większej od pracy wyjścia.
Energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym wynosi
- A1,36 eV
- B0,136 eV
- C13,6 eV
- D136 eV
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: 13,6 eV – Tyle energii trzeba, by oderwać elektron od atomu wodoru w stanie podstawowym.
Zjawisko fotoelektryczne świadczy o tym, że
- Aświatło jest falą podłużną
- Bświatło przekazuje energię porcjami – fotonami
- Celektrony w metalu są nieruchome
- Denergia fotonu zależy od natężenia światła
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: światło przekazuje energię porcjami – fotonami – Wynik zależy od energii pojedynczego fotonu hf, a nie od natężenia – tego nie wyjaśnia model falowy.
Cały dział „Atom i foton”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.