1. Efectul fotoelectric

2. Heinrich Hertz, în 1887, a constatat că descărcarea
electrică dintre două sfere se produce mai uşor dacă
are loc în prezenţa luminii ultraviolete.

3. Wilhelm Hallwachs, în 1888 constată că placa de zinc pusă
la un electroscop şi supusă acţiunii radiaţiilor ultraviolete:
Zn UV
►se descarcă dacă iniţial
era încărcată negativ
+
+
Electroscop +
►se încarcă pozitiv dacă iniţial
era neutră

4. + +
+ +
►rămâne încăcată pozitiv, dacă + +
iniţial era încărcată pozitiv, dar
foiţa electroscopului deviază mai
mult
Din acest experiment Hallwachs a tras concluzia că sub acţiunea
radiaţiilor ultraviolete placa de zinc emite particule încărcate negativ
numite electroni
http://www.youtube.com/watch?v=WO38

5. Emisia electronilor de către un corp aflat sub acţiunea radiaţiilor
electromagnetice se numeşte efect fotoelectric extern
http://phet.colorado.edu/en
/simulation/photoelectric
http://www.lpscience.fatcow.com/mgagnon/Photoelectric_Effect/photoelectrice

6. Efectul fotoelectric a fost studiat experimental de Phillip
Lenard, iar în 1905 primeşte premiul Nobel pentru descoperirea
legilor efectului fotoelectric.

7. Dispozitivul experimental
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

8. Schema electrică
arc electric
filtru
tub de sticlă
C e- A A
V
R
- +

9. Caracteristica curent-
Menţinând constante frecvenţa şi fluxul radiaţiilor, intensitatea curentului
tensiune
variază cu tensiunea electrică aplicată între electrozi
►dacă tensiunea între electrozi este zero,
curentul fotoelectric este diferit de zero
I = I0 , deoarece cei mai rapizi electroni
I
ajung la anod
►dacă între electrozi se aplică o tensiune
legând borna pozitivă a bateriei la anod şi
borna negativă la catod, intensitatea
I0 curentului creşte odată cu tensiunea. Când
IS toţi electronii emişi ajung la anod se obţine
curentul de saturaţie IS
►dacă între electrozi se aplică o tensiune
U legând borna pozitivă a bateriei la catod
US 0 şi borna negativă la anod, intensitatea
curentului scade odată cu tensiunea şi
EC , max = eU S devine zero pentru tensiunea de stopare US

10. Legile efectului
fotoelectric pe rând,fascicule
Se trimite pe catod,
I
III de radiaţii de aceeaşi frecvenţă şi
IS 3 fluxuri Φ1, Φ2, Φ3 , apoi se construieşte
caracteristica curent - tensiune
II
IS 2 Prima lege a efectului fotoelectric:
I
IS 1 Intensitatea curentului fotoelectric de
U saturaţie este direct proporţională cu
fluxul radiaţiilor electromagnetice
US incidente, când frecvenţa este constantă
Φ3 > Φ2 > Φ1

11. I
violet
ν3
Se modifică frecvenţa radiaţiilor incidente galben
schimbând filtrul , se măsoară pentru ν2
fiecare frecvenţă, tensiunea de stopare roşu
US şi se calculează energia cinetică ν1
maximă pentru orice valoare a fluxului
U
incident
US 3 US 2 US 1
A doua lege a efectului fotoelectric: ECmax
Energia cinetică maximă a fotoelectronilor
emişi creşte liniar cu frecvenţa radiaţiilor şi
nu depinde de fluxul acestora
ν
ν0

12. Se repetă experimentul pentru catozi din materiale diferite
ECmax
K Na Zn W
ν
ν 01 ν 02 ν 03 ν 04
A treia lege a efectului fotoelectric:
Efectul fotoelectric extern se poate produce numai dacă frecvenţa
radiaţiei incidente este mai mare sau cel puţin egală cu o valoare
specifică fiecărei substanţe, numită frecvenţă de prag
A patra lege a efectului fotoelectric:
Efectul fotoelectric extern se produce practic instantaneu

13. Efectul fotoelectric a fost explicat de
Einstein în 1905, cu ajutorul teoriei
cuantelor.
Energia unei cuante:
E = hν
h = 6,625 · 10 -34 Js, constanta lui Planck
ν - frecvenţa radiaţiei
Einstein primeşte premiul Nobel pentru fizică în 1921, pentru explicarea
efectului fotoelectric.
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

14. Mărimi caracteristice
fotonului matematică
Mărimea caracteristică Formula
Energia E = hν
Masa de repaus m0 = 0
hν
Masa de mişcare m= 2
c
Viteza v = c = 3 ·108 m/s
hν h
Impulsul p= =
c λ
Sarcina electrică q=0

15. Explicarea legilor
Einstein consideră că în efectul fotoelectric un foton incident este absorbit
de un electron din interiorul corpului, căruia îi cedează întreaga sa
energie
Aplicând legea conservării energiei se obţine:
mv 2
Ecuaţia lui Einstein: hν = L +
2
hν - energia fotonului incident
L – lucrul mecanic de extracţie necesar extragerii electronului din corp
mv 2 - energia cinetică a fotoelectronului extras
2
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

16. Legea întâi:
Creşterea fluxului radiaţiilor monocromatice incidente are loc atunci când
creşte numărul fotonilor incidenţi. Mărirea numărului de fotoni conduce la
creşterea numărului de electroni extraşi şi, implicit la creşterea intensităţii
curentului fotoelectric de saturaţie 2
mv
Legea a doua: Din ecuaţia lui Einstein: = hν − L
2
adică energia cinetică a electronilor extraşi variază liniar cu frecvenţa
radiaţiilor incidente
Legea a treia:
Dacă frecvenţa radiaţiilor incidente scade atunci scade energia fotonilor
incidenţi, micşorându-se şi energia cinetică a fotoelectronilor emişi
Pentru o frecvenţă ν 0 (frecvenţă de prag) energia cinetică fotoelectronilor
este nulă, iar lucrul mecanic de extracţie este: L = hν 0
Pentru frecvenţa ν < ν 0 efectul fotoelectric nu mai este posibil
Legea a patra:
Interacţiunea dintre un foton şi un electron producându-se într-un interval
de timp neglijabil 10-9 s, efectul fotoelectric se produce aproape instantaneu

17. Aplicaţiile efectului
fotoelectric
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

18. Celula fotoelectrică
Părţi componente catod anod
anod filtru
catod
circular
tub de
sticlă
tub de sursă de
sticlă lumină

19. Aplicaţiile celulei
Bariere optice fotoelectrice
Dispozitive de protecţie
optoelectrice pentru
monitorizarea accesului
în zone periculoase

20. Senzori de lumină pentru deschiderea şi închiderea automată a
uşilor şi copertinei

21. Senzori de lumină pentru deschiderea şi închiderea automată a
luminii

22. Senzori de lumină pentru recunoaşterea obiectelor

23. Fotomultiplicatorul
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

24. Părţi componente
electrod de multiplicarea
fotocatod focalizare electronilor
lumina traiectoria dinode anod
incidentă fotoelectronilor
http://www.youtube.com/watch?v=-fH2zPiilsw
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

25. Schema electrică
anod
fotocatod
dinode anod
fotocatod
foton
fereastră fereastră
electrod de
fotoelectroni focalizare
dinode divizor de
baterie
tensiune
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

26. Detector de scintilaţii cu
cristal
scintilator fotomultiplicator
e-
foton γ
Scintilaţia (foton din fotomultiplicator
domeniul vizibil)
Fotomultiplicatorul detectează radiaţii de intensitate foarte mică
http://www.youtube.com/watch?v=v5h3h2E4z2Q
www.youtube.com/watch?v=0qKrOF-gJZ4

27. Bibliografie
D. Ciobotaru, T. Angelescu s.a – Manual de fizică , clasa a XII-
a, Editura Didactică şi pedagogică
Gabriela Cone – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura E+
w.w.w.google ro/ images
http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
http://www.youtube.com/watch?v=WO38qVDGgqw
http://www.lpscience.fatcow.com/mgagnon/Photoelectric_
Effect/photoelectriceffect1.htm
http://www.youtube.com/watch?v=v5h3h2E4z2Q
www.youtube.com/watch?v=0qKrOF-gJZ4
http://wwwens.uqac.ca/chimie/Physique_atom/Chap_htm/CHA
P_4.html