پدیده فتو الکتریک

پديده فوتو الکتريک: جدا کردن الکترون از سطح يک فلز توسط تاباندن نور بر آن را فتو الکتريک مي نامند.

الکترون گسيل شده را از سطح فلز فوتو الکترون مي نامند. آزمايش نشان مي دهد، در صورت عدم تابش نور، ولتاژ را بالا ببريم، جرياني برقرار نمي شود. اما اگر نوري با بسامد مناسب بتابانيم، جريان برقرار مي شود.

نمودار (V-I) فتو الکتريک:

اين نمودار بر حسب اختلاف پتانسيل بين دو الکترود و جريان برقرار شده مي باشد، حالت مثبت V مربوط مي شود به اتصال الکترود B به پايه مثبت منبع ولتاژ. در اين حالت با افزايش ولتاژ مثبت جريان افزايش مي يابد، تا جايي که تمام الکترون هاي گسيلي از الکترود A توسط الکترود B جذب مي شود، در اين حالت جريان بيشينه و ثابت مي شود.

نکته: نمودار بالا مربوط به دو شدت نور متفاوت مي باشد، هر چه شدت نور بيشتر باشد، بيشينه جريان بيشتر مي شود.

ولتاژ منفي: اگر پايانه منفي منبع ولتاژ به الکترود B وصل شود. جهت جريان عوض نمي شود. بلکه مقدارش کاهش مي يابد. تا اين که به ازاي يک ولتاژ ، جريان صفر مي شود. به اين ولتاژ متوقف کننده مي نامند.

ولتاژ متوقف کننده: به بسامد نور فرودي و به جنس الکترود فلزي بستگي دارد و به شدت نور فرودي بستگي ندارد.

نمودار تغييرات ولتاژ متوقف کننده بر حسب بسامد پرتو فرودي براي چند فلز مختلف:

اين منحني ها نشان مي دهند که هر قدر بسامد پرتوي فرودي بر الکترود A کمتر باشد، ولتاژ قطع کننده نيز کمتر خواهد بود. مقدار ولتاژ قطع کننده براي هر فلز روي يک خط راست قرار دارد. هر خط محور بسامد را در نقطه اي قطع مي کند، تجربه نشان مي دهد، اگر بسامد پرتو فرودي از اين مقدار کمتر باشد، فتو الکتريک رخ نمي دهد. به اين بسامد بسامد قطع مي گويند.

ناتواني فيزيک کلاسيک در تفسير پديده فتو الکتريک:

1- بنابر قانون فيزيک کلاسيک، با افزايش شدت نور انرژي جنبشي بيشينه فتو الکترون ها افزايش مي يابد، در حاليکه انرژي جنبشي بيشينه بنابر نتايج تجربي مستقل از شدت نور مي باشد.

2- اگر شدت نور کافي باشد، درهر بسامد پرتو فرودي، فتو الکتريک رخ مي دهد، در حاليکه، نتايج تجربي نشان مي دهد، اگر بسامد نور فرودي بر الکترود فلزي A کمتر از بسامد قطع باشد، فتو الکتريک رخ نمي دهد.

فوتون: هر موج الکترومغناطيس با بسامد از بسته هاي متمرکز يا کوانتوم هاي انرژي تشکيل شده است که به آن ها فوتون مي گويند.

بر اساس پيشنهاد انيشتين انرژي يک موج الکترومغناطيس با بسامد تنها مي تواند مضرب درستي از انرژي يک فوتون باشد، يعني:

نظريه انيشتين درباره فتو الکتريک:

يک فوتون با انرژي بطور کامل توسط الکترون جذب مي شود و انرژي خود را به الکترون مي دهد. در نتيجه انرژي جنبشي فوتو الکترون گسيل شده به هنگام خروج از الکترود فلزي A برابر است با

که در آن تابع کار مي باشد و بر حسب ژول يا الکترون ولت است.

رابطه بيشترين انرژي جنبشي فتو الکترون گسيلي:

از طرفي بيشترين انرژي جنبشي الکترون برابر است با بنابراين خواهيم داشت:

ولتاژ قطع کننده مي باشد.

رابطه بين رابطه خطي مي باشد.

بسامد قطع: در حالتي که ولتاژ متوقف کننده صفر است، حداقل برابر است با و کمتر از آن فتو الکتريک رخ نمي دهد.

:تابع کار

h: ثابت پلانک

: بسامد قطع