پديده فتوالکتريک

در اواخر قرن 19هانریش هر تزمشا هده نمود که هرگا ه نور فرابنفش به کلاهک فلزی الکتروسکوپ باردار با بار منفی بتابد الکتروسکوپ خنثی میشود یعنی نور فرودی
میتواند الکترونهای اضا فی را از الکتروسکوپ جدا کند . در سال 1905 میلادی انیشتین با استفاذه از نظریه کوانتمی نور توانست چگونگی بوقوع پیوستن این پدیده را توضیح
دهد
نظریه انیشتین:

وقتی به صفحه فلزی نور با طول موج کوتا ه بتا با نیم تعدادی از کوانتومهای انرژی نور فرودی جذب صفحه فلزی می شود که می تواند الکترونهای منفرد اتمهای فلز را از محل خودشان جدا سازد زیرا وقتی یک فوتون به یک الکترون منفرد برخورد کند از حرکت با ز میا یستد وانرژی خود را به الکترون میدهد اگر این انرژی(E) بیشتر از انرژي
مقید الکترون(انرژی که تحت ان در مدار قرار گرفته) با شد پس از جدا کردن الکترون بقیه انرژی فوتون به انرژی جنبشی الکترون تبدیل میشود.
E=انرژی فوتون فرودی

hf=انرژی مقيد الکترون در فلز

k=انرژی جنبشی الکترون                                  E=hf+k
 

بررسي تجربي پديده فتوالكتريك با نظريه انيشين هماهنگی دارد:

 شكل زير دستگاهي را نشان ميدهد كه درانجام ازما يشا ت فتوالكتريك از ان استفاده مي شود

 اجزاي دستگاه:

 1-لامپ كوارتز

 (خالي شده از هوا)

 2-ولتمتر

 3-گالوانومتر

 4-مقاومت

 5- باطري

 6-دوالكترود از جنس فلز سديم

مشاهدات ازمايش :

1-تا زمانيكه نور بر الكترود A كه كاتد انتخاب شده نتابد با وجود ولتا ژ بالا هيچ جرياني

ازلامپ عبور نمي كند.

2-در اثر تابش نور بر سطح فلز سديم  امپر متر عبور جريان در  كمتر از 10نانو ثانيه نشان

مي دهد.

3- اگر ولتاژ مثبت را زيادتر كنيم فتو الكترونهاي بيشتري از A به B شارش مي يابندوگالوانومتر

عدد بيشتري را نشان ميدهد.

4-وقتي ولتاژمثبت به حدي زياد شود كه بتواند تمام فتوالكترونها را به سمت الكترود B   بكشاند

بيشترين جريان فتوالكتريكي راگالوانومتراز خود عبور ميدهدكه به ان جريان اشباعگفته ميشود وپس از ان مقدار جريان ثابت خواهد ماند.

5-اگر جاي قطبين باطري را عوض كنيم بطوريكه الكترود B ولتاژ منفي شود (V<0)خواهيم ديد

جريان فتو الكترون از مقدار بيشينه رو به كاهش مي گذاردودر يك ولتاژ معين V-كه به ان ولتاژ

متوقف كننده گويند جريان فتوالكترون صفرميشودواگرولتاژكمتر از –V شود جريان صفر خواهد

 ماند.

6- اگر از فلزات ديگري به جاي الكترودA   استفاده شودبه ازاي بعضي از انها گالوانومتر هيچ جرياني را نشان نميدهد.

7-اگرنور قرمزبا شدت زياد ، به الكترود فلز سديم بتابانيم اگر چه تعداد بيشتري الكترون ازاد

مي سازد ولي نسبت به نور ابي با شدت كم، الكترونهاي با انرژي كمتر توليد مي كند.

8-مقدار و لتاژ متوقف كننده تا بع جنس الكترود فلزA  نيست وبه شدت نور فرودي وابسته

است.

                           eV_stop = hf - W
 

بزرگتر باشدالكترونها با انرژي بيشتري از سطح فلز A جدا خواهند شد.

و اگر شدت موج فرودي كم باشد زمان بيشتري طول مي كشد تا اينكه الكترونها به اندازه

كافي انرژي كسب نمايند.


 بطور خلاصه نتا یج حا صل از نظریه انیشتین:
1- برای جدا کردن یک الکترون مقید به فلز با ید انرژی نور فرودی بزرگتر ویا مساوی با بسامد الکترون مقید به فلز باشد.

 هما نطور که در شکل می بينم نور قرمز چون طول موجش بلندتر ودر نتيجه بسامدوانرژی کوچکتری نسبت به نور سبز و بنفش دارد نمی تواند الکترون مقيد فلز پتاسيم را جدا کند در مقايسه نور سبز وبنفش می بينيم که چون طول موج نور بنفش کمتر وبسامد ان بيشتر است وانرژی بيشتری دارد نه تنها الکترون را از سطح فلز جدا ميکند بلکه سرعت بيشتری هم به ان ميدهد.

انرژی فوتون فرودی را ميتوان به صورت زير هم نوشت*f همان فرکانس يا بسامد فرودی نورهای قرمز وسبز وبنفش است

 Ephoton=h*f

2-هر چقدر شا رنور فرودی منا سب بیشتر با شد تعداد الکترونهای بیشتری از سطح فلز ازاد خواهند شد.