Foto-elektrisch effect

Het foto-elektrisch effect is een verschijnsel in de natuurkunde. Het effect is gebaseerd op het idee dat elektromagnetische straling bestaat uit een reeks deeltjes die fotonen worden genoemd. Wanneer een foton een elektron op een metalen oppervlak raakt, kan het elektron worden uitgezonden. De uitgezonden elektronen worden foto-elektronen genoemd. Het effect wordt ook wel het Hertz-effect genoemd, omdat het werd ontdekt door Heinrich Rudolf Hertz, maar deze naam wordt niet vaak gebruikt. Het foto-elektrisch effect heeft natuurkundigen geholpen de kwantumaard van licht en elektronen te begrijpen. Het concept van golf-deeltje dualiteit werd ontwikkeld vanwege het foto-elektrisch effect. Albert Einstein stelde de wetten van het foto-elektrisch effect voor en won er de Nobelprijs voor Natuurkunde 1921 mee.

Een diagram dat laat zien hoe elektronen worden uitgezonden van een metalen plaatZoom
Een diagram dat laat zien hoe elektronen worden uitgezonden van een metalen plaat

Mechanisme

Niet elke elektromagnetische golf zal het foto-elektrisch effect veroorzaken, alleen straling van een bepaalde frequentie of hoger zal het effect veroorzaken. De minimaal vereiste frequentie wordt de "afsnijfrequentie" of "drempelfrequentie" genoemd. De drempelfrequentie wordt gebruikt om de arbeidsfunctie, w {\displaystyle w}, die de hoeveelheid energie is die het elektron aan het metaaloppervlak houdt. De werkfunctie is een eigenschap van het metaal en wordt niet beïnvloed door de invallende straling. Als een lichtfrequentie het metaaloppervlak raakt die groter is dan de afsnijfrequentie, dan zal het uitgezonden elektron enige kinetische energie hebben.

De energie van een foton dat het foto-elektrisch effect veroorzaakt, wordt gevonden met E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w} {\displaystyle E=hf=KE+w}waarin h de constante van Planck {\displaystyle h}is, 6,626×10-34 J-s, f fde frequentie van de elektromagnetische golf, K E de{\displaystyle KE} kinetische energie van het foto-elektron en w {\displaystyle w}de werkfunctie van het metaal. Als het foton veel energie heeft, kan er Comptonverstrooiing (~duizenden eV) of paarproductie (~miljoenen eV) plaatsvinden.

De intensiteit van het licht alleen leidt niet tot het uitwerpen van elektronen. Alleen licht met de afsnijfrequentie of hoger kan dat doen. Verhoging van de intensiteit van het licht zal echter het aantal uitgezonden elektronen doen toenemen, zolang de frequentie boven de afkapfrequentie ligt.

Geschiedenis

Heinrich Hertz deed de eerste waarneming van het foto-elektrisch effect in 1887. Hij meldde dat een vonk gemakkelijker oversprong tussen twee geladen bollen als er licht op scheen. Verdere studies werden gedaan om meer te weten te komen over het door Hertz waargenomen effect. In 1902 toonde Philipp Lenard aan dat de kinetische energie van een foto-elektron niet afhangt van de lichtintensiteit. Het duurde echter tot 1905 voordat Einstein een theorie voorstelde die het effect volledig verklaarde. Volgens deze theorie bestaat elektromagnetische straling uit een reeks deeltjes, fotonen genaamd. De fotonen botsen met de elektronen op het oppervlak en zenden deze uit. Deze theorie druiste in tegen de overtuiging dat elektromagnetische straling een golf was. Daarom werd zij aanvankelijk niet als juist erkend. In 1916 publiceerde Robert Millikan de resultaten van experimenten met een vacuüm-fotobuis. Zijn werk toonde aan dat de foto-elektrische vergelijking van Einstein het gedrag zeer nauwkeurig verklaarde. Millikan en andere wetenschappers aanvaardden Einsteins theorie van de lichtkwanta echter minder snel. Maxwells golftheorie van elektromagnetische straling kan het foto-elektrisch effect en de zwarte-lichaamsstraling niet verklaren. Deze worden verklaard door de kwantummechanica.

Vragen en antwoorden

V: Wat is het foto-elektrisch effect?


A: Het foto-elektrisch effect is een natuurkundig verschijnsel waarbij elektromagnetische straling bestaat uit deeltjes die fotonen worden genoemd, en wanneer deze elektronen op een metalen oppervlak raken, kan het elektron worden uitgezonden, waarbij foto-elektronen worden gevormd.

V: Wie ontdekte het foto-elektrisch effect?


A: Heinrich Rudolf Hertz ontdekte het foto-elektrisch effect.

V: Waarom wordt het foto-elektrisch effect ook wel het Hertz-effect genoemd?


A: Het foto-elektrisch effect wordt ook wel het Hertz-effect genoemd omdat het ontdekt is door Heinrich Rudolf Hertz.

V: Wat is de golf-deeltje dualiteit?


A: De golf-deeltjes dualiteit is een concept dat ontwikkeld werd vanwege het foto-elektrisch effect, dat fysici hielp om de kwantumaard van licht en elektronen te begrijpen.

V: Wie stelde de wetten van het foto-elektrisch effect voor?


A: Albert Einstein stelde de Wetten van het Foto-elektrisch Effect voor.

V: Wat was de bijdrage van het foto-elektrisch effect aan de natuurkunde?


A: Het foto-elektrisch effect heeft natuurkundigen geholpen om de kwantumnatuur van licht en elektronen te begrijpen, het concept van de golf-deeltje dualiteit te ontwikkelen en bijgedragen aan de Wetten van het Foto-elektrisch Effect voorgesteld door Albert Einstein, die in 1921 de Nobelprijs voor Natuurkunde won.

V: Hoe worden de uitgezonden elektronen bij het foto-elektrisch effect genoemd?


A: De elektronen die bij het foto-elektrisch effect vanaf het metaaloppervlak worden uitgezonden, worden foto-elektronen genoemd.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3