Fizică - curs 13

Efectul fotoelectric.

Planck a postulat ca oscilatorii din peretii unei cavitati au energiile cuntificate, dar a tratat radiatia electromagnetica ca o distributie cuntinua de energie, ca în teoria clasica a electromagnetismului.

Pentru a explica efectul fotoelectric, Einstein a presupus ca si radiatia electromagnetica consta din “pachete” de energie (sau, cuante de energie) si a considerat o unda electromagnetica ca fiind formata din cuante de energie ½h, (unde ½ este frecventa undei) numite fotoni. Cu acest nou concept, lumina poate fi considerata un “fascicol de fotoni”.

Efectul fotoelectric a fost descoperit de Hertz, care a observat ca daca lumina ultravioleta cade pe o suprafata metalica, se produc scântei. Experiente ulterioare au aratat ca la impactul luminii pe o suprafata metalica, se expluzeaza electroni.

Schema dispozitivului experimental pentru studierea efectului fotoelectric este urmatoarea: un tub vidat cu catodulul K si anodulul A polarizati cu tensiunea V. Lumina de la o lampa lumineaza catodul, electronii extrasi din metal pot ajunge la anod, ducând la aparitia unui fotocurent I în circuitul exterior.

1

S-a observat ca în cazul polarizarii directe (V>0), la cresterea tensiunii V, fotocurentul I create pâna la o valoare de saturatie, când toti electronii emisi de catod ajung la anod . Inversând polaritatea (catodul – pozitiv, anodul – negativ), fotocurentul I scade si la o anumita valoare a tensiunii de polarizare, –V0, fotocurentul se anuleaza.

2

De asemenea, fotocurentul creste cu intensitatea radiatiei, în concordanta cu teoria clasica conform careia numarul de electroni emisi în unitatea de timp este proportional cu intensitatea radiatiei incidente.

Valoarea tensiunii –V0 pentru care fotocurentul se anuleaza corespunde unei energii potentiale a câmpului dintre catod si anod care anuleaza energia cinetica maxima a electronilor:

0max22veVm=

Potentialul V0 pentru care se realizeaza conditia de mai sus se numeste potenttial de frânare (stopare).

Din datele experimentale se pot trage urmatoarele conluzii, care constituie legile efectului fotoelectric:

1. Exista o frecventa limita p½, numita frecventa de prag,

caracteristica fiecarui material, sub care nu are loc efectul fotoelectric. Conform teoriei clasice, emisia electronilor ar trebui sa aiba loc la orice frecventa, daca intensitatea luminii este suficient de mare si expunerea are loc suficient de mult timp.

2. Potentialul de stopare V0 (si deci, energia cinetica maxima a

electronilor) depinde liniar de frecventa radiatiei incidente si nu depinde de intensitatea radiatiei. Conform teoriei clasice, a electronilor emisi ar trebui sa creasca cu densitatea de energie (adica, cu intensitatea radiatiei).