Zjawisko fotoelektryczne

Co się właśnie stało?

Zjawisko fotoelektryczne (fotoefekt) to wybijanie elektronów z metalu przez padające światło. Każdy foton oddaje całą swoją energię jednemu elektronowi.

Energia wybitego elektronu:

— energia fotonu $hf$ minus praca wyjścia $W$ (minimalna energia potrzebna, by wyrwać elektron z metalu). $h = 6{,}63\cdot10^{-34}\,\text{J·s}$ to stała Plancka.

Częstotliwość progowa:

Poniżej $f_0$ foton ma za mało energii ($hf < W$) i żaden elektron się nie wybije. Powyżej — $E_k$ rośnie liniowo z częstotliwością.

Dlaczego samo natężenie nie wystarczy?

Jeden foton = jeden elektron. Większe natężenie to więcej fotonów, więc więcej wybitych elektronów — ale każdy foton wciąż niesie tę samą energię $hf$. Jeśli ta energia nie przekracza $W$, to choćby światło było oślepiające, prąd nie popłynie.

Dowód na kwanty światła:

Istnienie ostrego progu $f_0$ i liniowa zależność $E_k(f)$ były niewytłumaczalne dla klasycznej fali. Dopiero foton — porcja (kwant) energii światła — tłumaczy fotoefekt. Za to wyjaśnienie Einstein dostał Nagrodę Nobla.

Po co Ci to na maturze:

$E_k = hf - W$ i $f_0 = W/h$ rozwiązują większość zadań o fotoefekcie. Chwyt: najpierw sprawdź, czy $hf > W$ (czy w ogóle są elektrony), potem licz $E_k$ — i pamiętaj, że natężenie zmienia liczbę elektronów, nie ich energię.

Zapamiętaj: o wybiciu elektronu decyduje częstotliwość, nie natężenie — $E_k = hf - W$, a próg to $f_0 = W/h$.