A fényelektromos hatás

Egy frissen megtisztított, negatív elektromossággal töltött cink lap elveszíti töltését, ha ultraibolya fénnyel világítjuk meg. Ezt a jelenséget fényelektromos hatásnak (fotoeffektusnak) nevezzük.

A 19. század végen gondos kutatások megmutatták, hogy más anyagok esetén is fellép a fényelektromos hatás, feltéve ha a hullámhossz elegendően rövid. A jelenséget csak akkor tudjuk megfigyelni, ha a fény hullámhossza egy bizonyos anyagra jellemző küszöbérték alatt van. Az a tény, hogy egy bizonyos hullámhossz fölött a mégoly intenzív fény sem gyakorol hatást az anyagra nagyon meglepte a tudósokat.

Albert Einstein 1905-ben végül magyarázatot adott a jelenségre: A fény részecskékből (fotonokból) áll, és a fotonok energiája arányos a fény frekvenciájával. Ahhoz, hogy a cink (vagy valamely más anyag) felszínéről elektront távolítsunk el egy bizonyos (anyagra jellemző) minimális energiára van szükség (kilépési munka). Ha a foton energiája nagyobb mint ez az érték, az elektron kilép az anyagból. Ebből a magyarázatból a következő egyenlet adódik:

Ekin   =   h f   –   W

Ekin ... a kibocsátott elektron maximális mozgási energiája
h ..... Planck-állandó (6.626 x 10-34 Js)
f ..... frekvencia
W ..... kilépési munka

Az alábbiakban egy kísérletet szimulálunk, mellyel a Planck-állandó és a kilépési munka meghatározható. A kísérletben a fényforrás egy higanygőzlámpa. Ennek különböző hullámhosszú spektrumvonalait választhatod ki. A fény a fotocella katódjára (C) esik, és elektronok kilépését okozza (ha tudja). Az elektronok maximális mozgási energiájának meghatározásához egy változtatható ellenfeszültséget kapcsolunk a katód és anód (A) közé. Meg tudjuk mérni mekkora feszültség esetén nem érkezik már elektron az anódra. A kék színű műszer méri az ellenfeszültséget, a piros színű mutatja, hogy megérkeznek-e még az elektronok az anódra.

A jobb oldalon kiválaszthatjuk a katód anyagát, és beállíthatjuk a hullámhosszat és az ellenfeszültséget. A mérés eredményét frekvencia-feszültség diagrammon ábrázoljuk a bal alsó részen. A megfelelő gombbal az ábra törölhető.

A három mérés eredménye három párhuzamos egyenest ad. Az egyenesek meredekségéből a Planck-állandó (h) kiszámítható. A függőleges tengelymetszet adja az adott anyag kilépési munkáját (az ábráról elektronvoltban (eV) olvasható le.)

 

 
Fizika
Fizika

URL: http://www.walter-fendt.de/ph14hu/photoeffect_hu.htm
© Walter Fendt 2000. február 20.
© Serényi Tamás 2004. május 20.
Utolsó módosítás: 2004. május 22.