Fotoefekt

Záporne nabitá, ošmirglovaná, zinková platnička stratí svoj náboj, keď je ožiarená ultrafialovým svetlom. Tento jav je označovaný ako vonkajší fotoefekt (fotolektrický efekt, svetloelektrický efekt).

Na základe presnejších výskumov ku koncu 19. storočia vyplynulo, že fotoefekt sa vyskytuje aj pri iných materiáloch, a to vždy len pri použití dostatočného krátkovlnového svetla. Ku každej látke existuje určitá hraničná vlnová dĺžka, od ktorej možno pozorovať fotoefekt. Pre výskumníkov bola záhadou predovšetkým skutočnosť, že dlhovlnné svetlo nevyvoláva takýto účinok ani pri vysokej intenzite.

Vysvetlenie poskytol nakoniec Albert Einstein v roku 1905: svetlo pozostáva z častíc (fotonónov), pričom energia jedného fotónu je úmerná frekvencii svetla. Na uvoľnenie jedného elektrónu na povrchu zinkovej platničky alebo iného hmotného telesa je potrebná určitá energia (závislá od materiálu), tzv. výstupná práca. Ak je teda energia fotónu väčšia ako táto hodnota, možno elektrón uvoľniť.

Z tohto vysvetlenia vyplýva nasledovný vzťah:

Ekin   =   h f   −   W

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

Nasledovný Java-Applet simuluje pokusnú konštrukciu na stanovenie Planckovej konštanty a konanej práce: Zo svetla ortuťovej výbojky sa vyfiltruje jedna jediná spektrálna čiara. Toto svetlo narazí na katódu (K) fotobunky a vyvolá tam fotoefekt (alebo nie). Na určenie maximálnej kinetickej energie vystupujúceho elektrónu treba pomocou bežca potenciometra zvyšovať brzdné napätie potiaľ, pokiaľ elektróny nedosiahnu na anódu (A). Modrý merací prístroj ukazuje hodnotu tohto brzdného napätia. Či ešte elektróny dosiahnu anódu, je možné pozorovať na červenom meracom prístroji.

Na spínacej ploche je možné nastaviť materiál, z ktorého je katóda, vlnovú dĺžku a spätné napätie. Zadané čiselné hodnoty sa vzťahujú na frekvenciu svetla a energetickú bilanciu pri fotoefekte. Výsledky merania budú zakreslené vľavo dole na diagrame f-U (frekvencie-napätia), ale je možné ich pomocou tlačítka zase vymazať.

Z vyhodnotenia troch sérií meraní pomocou f-U diagramu vzniknú tri paralelné priamky. Zo spádu priamok sa dá vypočítať Plancková konštanta. Výstupná práca pre ten materiál, z ktorého je katóda (v eV, tzv. elektrónvolt) vyplýva bezprostredne z priesečníka so zvislou osou.

Java runtime environment not installed or deactivated

 

 
Fyzika
Fyzika - aplety

URL: http://www.walter-fendt.de/ph14sk/photoeffect_sk.htm
© Walter Fendt, 2000-02-20
© Preklad zabezpečili: Študenti a učitelia z Gymnázia Jána Papánka, Vazovova 6, Bratislava
Last modification: 2003-01-24