پدیده فتوالکتریک

در اواخر قرن 19هانريش هرتز مشاهده نمود كه هرگاه نور فرابنفش به كلاهك فلزي الكتروسكوپ باردار با بار منفي بتابد الكتروسكوپ خنثي ميشود يعني نور فرودي ميتواند الكترونهاي اضافي را از الكتروسكوپ جدا كند . در سال 1905 ميلادي انيشتين با استفاذه از نظريه كوانتمي نور توانست چگونگي بوقوع پيوستن اين پديده را توضيح دهد.

نظريه انيشتين:

وقتي به صفحه فلزي نور با طول موج كوتاه بتابانيم تعدادي از كوانتومهاي انرژي نور فرودي جذب صفحه فلزي مي شود كه مي تواند الكترونهاي منفرد اتمهاي فلز را از محل خودشان جدا سازد زيرا وقتي يك فوتون به يك الكترون منفرد برخورد كند از حركت باز ميايستد و انرژي خود را به الكترون ميدهد. اگر اين انرژي (E) بيشتر از انرژي مقيد الكترون(انرژي كه تحت ان در مدار قرار گرفته) باشد پس از جدا كردن الكترون بقيه انرژي فوتون به انرژي جنبشي الكترون تبديل ميشود.

E=انرژي فوتون فرودي

hf=انرژي مقيد الكترون در فلز

k=انرژي جنبشي الكترون

E=hf+k

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 ولتاژ بالا هيچ جرياني ازلامپ عبور نمي كند.

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

3- اگر ولتاژ مثبت را زيادتر كنيم فتو الكترونهاي بيشتري از A به B شارش مي يابند و گالوانومتر عدد بيشتري را نشان ميدهد.

4-وقتي ولتاژ مثبت به حدي زياد شود كه بتواند تمام فتوالكترونها را به سمت الكترود B بكشاند بيشترين جريان فتوالكتريكي را گالوانومتر از خود عبور ميدهد كه به ان جريان اشباع گفته ميشود و پس 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 گذارد و در يك ولتاژ معين V- كه به ان ولتاژ متوقف كننده گويند جريان فتوالكترون صفرميشود و اگر ولتاژكمتر از -V شود جريان صفر خواهد ماند.

6- اگر از فلزات ديگري به جاي الكترود A استفاده شود به ازاي بعضي از انها گالوانومتر هيچ جرياني را نشان نميدهد.

7 -اگرنور قرمز با 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 ولتاژ متوقف كننده تابع جنس الكترود فلز A نيست و به شدت نور فرودي وابسته است.

eV(stop) = hf - W

اگر شدت موج فرودي بزرگتر باشد الكترونها 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.