Vonkajší fotoelektrický jav

Ak je vyleštená záporne nabitá zinková doska vystavená ultrafialovému žiareniu, ztratí svoj náboj. Tento jav sa nazýva vonkajší fotoelektrický jav (fotoefekt, fotoelektrický efekt).

Na základe podrobnejšieho bádania z konca 19. storočia vyplynulo, že fotoefekt možno dosiahnuť aj u iných materiálov, ale vždy len pri použití vysokofrekvenčného svetla. Každej látke možno priradiť frekvenciu (resp. vlnovú dĺžku), od ktorej sa dá fotoefekt pozorovať. Pre bádateľov bol predovšetkým problém pochopiť, ako je možné, že pri nižšej frekvencii (dlhšej vlnovej dĺžke) nemožno vyvolať fotoefekt ani pri vysokej intenzite dopadajúceho svetla.

Vysvetlenie podal až v roku 1905 Albert Einstein: Svetlo sa skladá z častíc (fotónov), pričom energia fotónu je úmerná frekvencii svetla. Na uvoľnenie jedného elektrónu z povrchu ožarovanej doštičky je potrebná určitá energia (pochopiteľne závislá na použitom materiáli) tzv. výstupná práca. Ak je teda frekvencia, presnejšie vzaté prislúchajúca energia, väčšia než táto hodnota, je možné z povrchu uvolniť elektrón. Z tohto vysvetlenia plynie nasledujúca rovnica:

Ekin   =   h f   −   W

Ekin ... maximálna kinetická energia uvoľneného elektrónu
h ..... Planckova konštanta (6,626 · 10-34 Js)
f ..... frekvencia fotónu
W ..... výstupná práca

Nasledujúca HTML5-App ukazuje meraciu aparatúru na určenie Planckovej konštanty a výstupnej práce. Zo svetla ortuťovej výbojky sa pomocou filtrov vyberie len jedna spektrálna čiara danej vlnovej dĺžky. Toto svetlo dopadne na katódu (K) fotoelektrónky a vyvolá tam fotoefekt (ak k nemu príde). Pre určenie maximálnej kinetickej energie emitovaných elektrónov je treba nájsť pomocou nastavenia potenciometra tzv. brzdné napätie. To je také najmenšie napätie, ktoré dokáže zabrzdiť emitované elektróny tak, aby už nedoleteli na anódu (A). Modrý merací prístroj zobrazuje hodnotu nastaveného napätia. Či ešte elektróny dopadajú na anódu môžeme poznať z pretekajúceho prúdu na červenom ampérmetri.

Na zelenom paneli môžeme zvoliť materiál, z ktorého je vyrobená katóda, vlnovú dĺžku dopadajúceho svetla a hodnotu elektrického napätia. Výsledky merania sa zakreslia vľavo dole do f-U diagramu (frekvencia-napätie).

Zo sklonu (smerníc) rovnobežných priamok oboch sérií meraní (pre cézium a sodík) možno priamo určiť hodnotu Planckovej konštanty. Veľkosť výstupných prác pre dané materiály katódy (v eV - tzv. elektrónvoltoch) bezprostredne plynie z priesečíkov so zvislou osou.

Prehliadač nepodporuje HTML5-Canvas!