Fotoefekt je pojav, pri katerem svetloba z dovolj veliko energijo iz kovine izbije elektrone.

Foton izbije elektron iz kovine

Elektron v oblaku prostih elektronov v kovini absorbira delec svetlobe (foton). V primeru, da je energija fotona večja, kot je izstopno delo za dano kovino, elektron zapusti kovino. Preostala energija ostane elektronu v obliki kinetične energije.

Energija fotona je določena s frekvenco fotona:

Kinetična energija izbitega elektrona je ( je izstopno delo):

Fotocelica je zgrajena iz fotokatode, iz katere svetloba izbija elektrone in anode, ki elektrone "lovi". Elektroni se po vezju vračajo na fotokatodo. Spreminjamo napetost med fotokatodo in anodo in merimo tok skozi vezje.

Fotocelica

Napetost med fotokatodo in anodo nastavimo tako, da skozi vezje ne teče tok. To napetost imenujemo zaporna napetost. To je napetost, ki ustavi tudi elektrone z največjo kinetično energijo.

Torej lahko zapišemo:

S fotocelico lahko izmerimo frekvenco svetlobe, izstopno delo za določeno kovino, Planckovo konstanto, ...

1. Svetloba pade na . Večina svetlobe se odbije, nakaj fotonov absorbirajo prosti elektroni v in energija teh elektronov se poveča. Če je imel foton dovolj energije, torej vsaj toliko, kolikor znaša izstopno delo za , bo elektron lahko zapustil in prišlo bo do fotoefekta.

Izstopno delo za je eV. Kolikšna je mejna valovna dolžina svetlobe, ki iz izbije fotone?

( Js eVs, m/s)

Mejna valovna dolžina za je: m = nm.

2. Na kovino svetimo s svetilko, ki seva svetlobo barve. Svetilki dodamo še eno enako svetilko in tako povečamo jakost svetlobe (povečamo gostoto svetlobnega toka), ki pada na kovino. (Izstopno delo za kovino je dovolj majhno, da pride do fotoefekta.)

Kako se zaradi tega spremeni ?

Preveri

Na pada , katere valovna dolžina je nm. Izstopno delo za je eV.

a) Kolikšna je mejna valovna dožina za ?
= nm

b) Ali bo foton te svetlobe iz izbil elektron?

Preveri

Na kovino padajo fotoni in iz kovine izbijajo elektrone. Ko elektroni zapustijo kovino, imajo kinetično energijo . Te elektrone ustavi zaporna napetost .

želimo izbitih elektronov.

To lahko storimo tako da:

Preveri

Na spodnji sliki je prikazan graf zveze med in frekvenco absorbiranega fotona. Katerima vrednostima ustrezata s črkama A in B označeni točki na grafu?

Preveri

Na sliki je prikazan graf s0tekst1 v odvisnosti od frekvence svetlobe, ki pada na fotokatodo.

( Js = eVs, m/s, As)

a) Z grafa odčitaj .
je: .

b) Kolikšna je
.

Preveri

Na fotokatodo v fotocelici padajo fotoni z dovolj veliko energijo, da iz kovine, iz katere je fotokatoda, izbijejo elektrone. Elektrone ujame anoda. Elektroni se po vezju, preko ampermetra, vračajo nazaj na fotokatodo.

Merili smo tok med anodo in fotokatodo (fotoelektrični tok) v odvisnosti od napetosti med fotokatodo in anodo. Dobili smo graf, ki je predstavljen na spodnji sliki. Izstopno delo za kovino je eV.

1. Kolikšen je tok skozi vezje, ko je napetost nič (odčitaj z grafa)?
Tok je: mA.

Ta tok se imenuje mrtvi tok. Teče, tudi če je napetost med anodo in katodo enaka nič, ker nekaj elektronov zaide na anodo.

Na anodo priključimo negativno napetost. Anoda zdaj elektrone odbija, samo še najhitrejši priletijo v anodo. Pri dovolj veliki napetosti, anode ne doseže več noben elektron in mrtvi tok pade na nič. Napetost, pri kateri se to zgodi, imenujemo zaporna napetost.

2. Z grafa odčitaj zaporno napetost.
Zaporna napetost: V

3. Kolikšna je bila kinetična energija najhitrejših elektronov?
Kinetična energija elektronov: eV.

4. Kolikšna je energija fotonov, ki padajo na fotokatodo?
Energija fotonov: eV.

5. Kolikšna je frekvenca teh fotonov?
Frekvenca je: s.

6. Kolikšna je mejna frekvenca fotonov, ki bi iz kovine, iz katere je fotokatoda, še izbili elektrone?
Mejna frekvenca: s.

7. In kolikšna je mejna valovna dolžina?
Mejna valovna dolžina: m = nm.

Preveri