مشاوره رایگان تحصیلی
منو

اثر فوتو الکتریک

+ 117
رأی شما
- 276

بنا به نظریه کوانتومی ، امواج به ظاهر پیوسته الکترومغناطیسی ، کوانتیده‌اند و از کوانتومهای گسسته‌ای به نام فوتون تشکیل شده‌اند که هر فوتون دارای انرژی مشخصی است که مقدار آن فقط به فرکانس بستگی دارد.

بر اساس اصل دوبروی ، در مورد ذرات دو حالت ذره‌ای و موجی در نظر گرفته می‌شود، که البته این خاصیت در دنیای میکروسکوپی بیشتر مورد مطالعه است. به عنوان مثال ، اگر ذره‌ای به جرم یک گرم که با سرعت معمولی در حال حرکت است، در نظر بگیریم طول موج منتسب به این ذره ، چنان کوچک خواهد بود که اصلا قابل ملاحظه نیست. اما در مورد ذراتی مانند الکترون ، این طول موج قابل توجه است. بنابراین با توسل به این اصل می‌توان تابش الکترومغناطیسی را نیز متشکل از ذراتی دانست که این ذرات را فوتون می‌گویند.

واقعیت کوانتومهای نور

نظریه پلانک در ارتباط با بسته‌های انرژی تابشی ، تا اندازه‌ای مبهم بود و فقط به عنوان مبنایی برای توزیع آماری انرژی میان طول موجهای مختلف در طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رفت. پنج سال بعد از “پلانک” ، “آلبرت اینشتین” توانست این مفهوم را به صورت مشخص‌تری بیان کند. انیشتین مفهوم کوانتومی نور را برای توجیه اثر فوتوالکتریک بکار برد. بر این اساس ، فوتون‌ها که دارای انرژی معینی هستند، بعد از برخورد با الکترون‌های اتم ، انرژی خود را به آنها داده ، خود از بین می‌روند. این امر می‌تواند به عنوان یک مسئله برخورد میان دو ذره با استفاده از نظریه برخورد توضیح داده شود.

بعد از برخورد ، فوتون از بین می‌رود و الکترون با انرژیی که از فوتون می‌گیرد، از ماده جدا می‌شود و سبب ایجاد یک جریان فوتوالکترونی در مدار خارجی می‌گردد. مقدار جریان در مدار خارجی ، بسته به تعداد فوتونهایی که بر سطح ماده موجود در کاتد تابیده می‌شود، متفاوت خواهد بود.

تأییدی دیگر بر وجود فوتون

آزمایش دیگری که توانست وجود فوتونها را بصورت تجربی به اثبات رساند، مربوط به آزمایشی است که توسط “کامپتون” انجام شد. این آزمایش که بعدها نام اثر کامپتون را بر خود گرفت، به این صورت بود که تابش الکترومغناطیسی یا فوتون‌ها توسط مواد مختلف پراکنده می‌شود. به بیان دیگر ، در این آزمایش فوتون بعد از تابش مقداری از انرژی خود را به یک الکترون تقریبا آزاد منتقل می‌کرد و خود با انرژی کمتر در راستای دیگر منحرف می‌شد. نتایج این آزمایش که با استفاده از مفهوم کوانتومی نور صورت می‌گرفت، با نتایج تجربی کاملا تطابق داشت.

جرم فوتون

واقعیت جرم فوتون ، به خاصیت عکس مجذوری قانون کولن بر می‌گردد. بر اساس قانون کولن ، نیروی الکتریکی که دو ذره باردار به یکدیگر وارد می‌کنند، نیرویی است که با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. اما این مطالب در تمام شرایط دقیقا درست نیستند، یعنی در فواصل خیلی کوچکتر انحرافاتی وجود دارد و این نیرو دقیقا عکس مجذوری نیست. در این حالت باید فوتونها را ذراتی دارای جرم بدانیم. اما در موارد دیگر که تقریبا بیشتر موارد را شامل می‌شود، این نیرو دقیقا عکس مجذوری است. بنابراین در این حالت باید فوتونها را ذراتی بدون جرم تصور کنیم.

Photoelectric_effect.svg

نموداری از تابش الکترون‌ها از یک صفحهٔ فلزی. این امر زمانی رخ می‌دهد که انرژی واردشده توسط فوتون داخل‌شونده بیش از تابع کار ماده باشد.

اثر فوتوالکتریکی

اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش فیزیک امواج پر انرژی قرار دهیم، پرتو کاتدی و یا الکترون های شتابدار از صفحه فلزی منتشر می شود. و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم، الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز، انرژی زیادی دریافت می کنند و در نتیجه سطح فلز را ترک می کنند و به سمت آند پیش می روند. در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده، اثر فوتو الکتریک می گویند. در واقع تمام مواد ( جامد، مایع و گاز ) می توانند در شرایط خاصی تحت تاثیر اثر فوتوالکتریک، پرتو کاتدی از خود گسیل کنند، گاهی به پرتو کاتدی، فوتوالکترون نیز می گویند.


اثر فوتوالکتریک هر جسمی با گسیل فرکانس مشخصی از موج انجام می شود. اگر فرکانس موج برای جسم خاصی کمتر از حد معین باشد، اثری از فوتو الکتریک مشاهده نخواهد شد. اما طبق قوانین الکترودینامیک کلاسیک، موج با برخورد به صفحه فلزی مقداری انرژی به آن منتقل می کند و به مرور زمان این انرژی انباشته می شود تا اینکه انرژی مورد نیاز برای گسیل الکترون فراهم شود. اما در آزمایشگاه خلاف آنچه که در فیزیک کلاسیک گفته شد، روی می دهد، یعنی گیسل موج با فرکانس کمتر از حد معین به فلزی هرگز پرتو کاتدی منتشر نمی کند.
این بن بستی بود برای دانشمندان در مورد خاصیت نور. تا اینکه اینشتین با ارائه نظریه خود در مورد فوتون، توانست این معما را حل کند. وی فرض کرد که انرژی در تمام فرکانس های موج به طور یکنواخت و یکسان توزیع نشده اند و بلکه فیزیک امواج به صورت بسته هایی از انرژی به نام کوانتم هستند، که بعداً فوتون نامیده شد. انرژی فوتون ها با فرکانس امواج رابطه مستقم دارد. که این معادله به معادله پلانک نیز مشهور است. در این معادله h ثابت پلانک است.

در اثر فوتوالکتریک الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز، با دریافت انرژی موج از صفحه فلزی جدا می شوند، اما در لحظه جدا شدن الکترون های مقداری از انرژی خود را برای غلبه بر نیروی جاذبه الکتروستاتیکی، مصرف می می کنند که انیشتین آن را تابع کار فلز نامید و مقدار آن برای هر فلز، منحصر بفرد است. مقدار تابع کار هر فلز از از ۱ تا ۱۰ الکترون ولت متغیر است.
ارائه فرض وجود فوتون ها توسط اینشتین در واقع دومین گام مهم در شکل گیری نظریه کوانتومی محسوب می شد ( گام اول را ماکس پلانک با فرض کوانتیده بودن مقدار انرژی در فرایند گسیل و جذب تابش الکترومغناطیس بر داشته بو. ) به مناسبت این کشف بزرگ و توضیح موفیت آمیز اثر فوتوالکتریک، جایزه نوبل سال ۱۹۲۱ به اینشتین اهدا شد. در واقع سال ۱۹۰۵ را می توان سال طلایی اینشتین نامید چرا که در این سال او نه تنها نظریه نسبیت خاص را ارائه کرد ، بلکه دو معمای بزرگ مطرح در فیزیک را نیز حل کرد، معماهایی که با به چالش کشاندن فیزیک کلاسیک عملا مسیر کشف فیزیک کوانتومی را به روی بشر گشودند.

اینشتین در سال ۱۹۰۵ رابطهٔ زیر را پیشنهاد نمود که اکنون تایید شده‌است:

    hv=W+K
که در آن :

    h ثابت پلانک
    \nu بسامد موج
    Wتابع کار فلز
    K انرژی جنبشی الکترون

    به طور خلاصه می‌توان گفت که اگر نوری از امواج الکترومغناطیسی بر سطحی (بویژه) فلزات بتابد از جسم مقداری الکترون خارج خواهد شد که مقدار الکترون‌ها به شدت نور تابیده شده و انرژی الکترون‌ها به طول موج (انرژی فوتونها) بستگی دارد و اگر انرژی فوتون از حد آستانه پایین‌تر بیاید دیگر الکترونی بیرون نخواهد رفت بررسی این مسئله با فیزیک کلاسیک غیرممکن استو به کمترین فرکانسی که اثر فیک روی می‌دهد (الکترون از سطح فلز جدا شود) را فرکانس قطع می‌گویند.

http://bigbangpage.com

+ 117
رأی شما
- 276
girl. - سن: 22 سال - شهر: بلبلان
این مطلب جدید نیست ،من ایتو چند سال پیش تو یکی از سایت ها دیده بودم.
دوشنبه 10 تير 1392 - 14:20
قنبری
خوب بود استفاده کردیم ممنون
دوشنبه 17 تير 1392 - 15:54
sdayhim
سلام خیلی خوبه ...برای تفهیم اثر فوتو به دانش آموزان چهارم که معمولا دیر می فهمنش
یکشنبه 23 تير 1392 - 11:05



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● تحصیل در کانادا
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
نیروی گرانش از کجا پدید می آید منشا آن چیست؟ (3 پاسخ)
منظور هاوكينگ از به وجود آمدن جهان از هیچ چیست؟ (14 پاسخ)
زمان در مکانیک کوانتومی (3 پاسخ)
نگاهی نو به زمان (13 پاسخ)
مدار RLC (1 پاسخ)
سوالی پیش پا افتاده در تداخل ویرانگر دو موج نور (6 پاسخ)
نور و میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
نوسانات کوانتومی (4 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (18 پاسخ)
تعریف فاصله در نسبیت و سازگاری نسبیت عام با مکانیک نیوتونی (20 پاسخ)
پایان نظریۀ نسبیت اینشین به تمام جهان اعلام می شود (10 پاسخ)
کهن‌ترین مولکول کیهان در فضا کشف شد! (0 پاسخ)
پایان نسبیت اینشتین با حل دقیق معادلات خود او ( فیزیک مطلق) (29 پاسخ)
اثبات حیرت آور فیزیک مطلق بر اثر سیارات روی سینگال های زمینی (17 پاسخ)
انفجار فیزیک توسط عدم برابری بار الکتریکی الکترون و پروتون (5 پاسخ)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (2 پاسخ)
قانون فاراده (1 پاسخ)
هسته درونی عطارد جامد است (0 پاسخ)
آیا عینک‌های فوتوکرومیک هم جزو مواد هوشمند هستند؟ (0 پاسخ)
نسبیت در سرعت زاویه ای (6 پاسخ)
حرکت ذره باردار در دو میدان (4 پاسخ)
زمین تخت گرایان (131 پاسخ)
نخستین مریخ‌لرزه ثبت شد! (0 پاسخ)
بسط تیلور (6 پاسخ)
مشکل دهم ثانیه تایمر (15 پاسخ)
انتقال الکترون در جریان الکتریکی (2 پاسخ)
ساخت اولین قلب با چاپگر سه‌بعدی و رگ و پی انسانی (0 پاسخ)
آيا آهنربا ميدان خودرا از دست ميده؟ (36 پاسخ)
نیرویی که جسم به زمین وارد میکند (1 پاسخ)
نخستین عکس واقعی از افق رویداد سیاهچاله منتشر شد (0 پاسخ)
آیا در سیاه چاله نیروی گرانش به بینهایت میل میکند؟ (11 پاسخ)
نوشتن معادلات قیدی و دیفرانسیلی (2 پاسخ)
فیزیک مطلق و اثبات کاملا دقیق اشتباه بودن فرمول معروف انرژی (68 پاسخ)
اثبات قضیه استوارت و نقطه لومواین (4 پاسخ)
فشار برحسب واحد مارتینی (1 پاسخ)
اثبات قانون دوم نیوتن (15 پاسخ)
حرکت دورانی حول محور ثابت (5 پاسخ)
دانلود رایگان کتاب فیزیک هالیدی جلد 1 به زبان فارسی (25 پاسخ)
انرژی چیست؟ (1 پاسخ)
چرا آهنربا چوب رو جذب نمیکنه ولی آهن رو جذب میکنه؟ (4 پاسخ)
راهنمایی برای انتخاب کتاب ریاضی و فیزیک (8 پاسخ)
بهترین سایت هایی که تا حالا رفتید اینجا قرار بدید (112 پاسخ)
آیا اعداد اول فرمول دارند؟ (37 پاسخ)
آشيل و لاكپشت (29 پاسخ)
نواحی در بسط لوران (22 پاسخ)
مقایسه فونون و فوتون (8 پاسخ)
مطابق فیزیک مطلق، انبساط جهان توسط نیروی دافعه بین اجرام (7 پاسخ)
حل معمای بزرگ دویصد سالۀ تاج خورشیدی با فیزیک مطلق (1 پاسخ)
سوال از تبدیل ماده به انرژی (24 پاسخ)
نمایی از کهکشان مارپیچی M101 (0 پاسخ)
مغناطیسه کردن یک سیال در حال عبور از یک لوله (0 پاسخ)
دانشجویان فوتونیک و مهندسی اپتیک و لیزر خود را معرفی کنید (26 پاسخ)
بیگ بنگ و سیاهچاله ها (3 پاسخ)
فرمول برای تعیین قدرت عدسی (3 پاسخ)
غبار و نور ستاره‌ای در سحابی M78 (0 پاسخ)
کاوشگر ژاپنی از یک سیارک نمونه‌برداری کرد! (0 پاسخ)
معما های سخت (333 پاسخ)
خورشید در آرامش (0 پاسخ)
پاک شدن ویروس اچ‌آی‌وی پس از پیوند سلول‌های بنیادی (0 پاسخ)
مقالات فیزیک
شامپانزه‌ها، عموزاده‌های باهوش ما
روزانه چند فنجان قهوه بنوشیم؟
اثرات شگفت‌انگیز حل منظم جدول کلمات در پیری
کهکشانی که همچون یک عدسی گرانشی عمل می‌کند
بهتر است به خوردن ملخ عادت کنیم!
معجزه‌ی زغال‌اخته‌ی آبی در کنترل فشار خون
رکوردی که در مدار مریخ ثبت شد!
فرگشت انسان مدرن، از چه زمانی آغاز شد؟
مضرترین ماده‌ی مخدر کدام است؟
فرگشتی مهم، برای بقاء در اعماق دریا
ژن جدیدی که به آنتی‌بیوتیک مقاوم است
با این تصویر تایید شد؛ برشیت سقوط کرده است
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی بیست و شش
ویروسی که میزبان خود را سنگ می‌کند
چگونه امواج گرانشی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را تایید می‌کنند؟
این بیماری را با آلزایمر اشتباه نگیرید
کشف بقایای نواختری باستانی
مسن‌ترین درختان زمین را بشناسیم
کهکشان‌های اولیه‌، درخشان‌تر از انتظارها بوده‌اند!
مضرات برداشتن آپاندیس تا چه حد جدی است؟
منشاء فلزات گران‌بهای زمین کجاست؟
کشف قبرستانی در کنار اهرام مصر
پیکسل نمایشگرها یک‌میلیون‌بار کوچک‌تر می‌شوند!
ماموریتی به مقصد قمر اسرارآمیز مریخ
ثبت نور واقعی نورون‌های عصبی مغز
مغز ما توسط گوش‌هایمان کنترل می‌شود!
کشف هزارپای باستانی
در سیارک ایتوکاوا آب پیدا شد!
استخوان ۱۶۰ هزار ساله‌ی انسان
ارتباط باکتری‌های روده و اختلالات روانی
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
آیا حیات در اطراف مشتری پیدا خواهد شد؟ (0+)
بحران دسترسی به آب سالم، چقدر جدی است؟ (0+)
رقص سلول‌ها قبل از مرگ! (0+)
تلاش دانشمندان برای شکستن رکورد دقت در زمان (0+)
دانشمندان موفق به تولید آنتی‌بیوتیک ضدتومور شدند (0+)
داستان اولین مولکول جهان! (0+)
دانشمندان مکیدن پستانک را به پدرها و مادرها توصیه می‌کنند! (0+)
چینی‌ها ژن مغز انسان را به میمون اضافه کردند! (0+)
آیا تمدنی فرازمینی منشاء سیگنال‌های عجیب این ستاره است؟ (0+)
هوش‌مصنوعی دو سیاره‌ی فراخورشیدی جدید را کشف کرد! (0+)
کشف نقاشی‌های سی‌هزار ساله! (0+)
دانشمندان از برف، برق تولید کردند! (0+)
کشف عامل ابتلا به بیماری شیزوفرنی (0+)
این باکتری، آسفالت را تعمیر می‌کند! (0+)
فرآیند پیدایش آب در ماه چگونه است؟ (0+)
ادامه ...