Zjawisko fotoelektryczne polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem padającego promieniowania elektromagnetycznego (światła widzialnego lub promieniowania ultrafioletowego).Ilość wybijanych fotoelektronów jest proporcjonalna do natężenia padającego kinetyczna fotoelektronów (i co za tym idzie ich prędkość) nie zależy od natężenia światła, a tylko od jego każdego metalu istnieje pewna częstotliwość graniczna promieniowania, poniżej której zjawisko nie fotoelektryczne zostało wyjaśnione przez A. Einsteina, w oparciu o teorię korpuskularną światła. Założył on, że światło jest strumieniem fotonów (kwantów) o masie spoczynkowej równej zeru i energii E= foton wybija z metalu jeden elektron. Do uwolnienia elektronu potrzebna jest energia, nazywana pracą wyjścia: W=hνgr. Zatem jeśli foton ma mniej energii niż wynosi praca wyjścia, nie spowoduje on emisji uderzając w elektron przekazuje mu całą swoją energię. Część tej energii zużywana jest na pracę wyjścia, reszta stanowi energię kinetyczną Przykładem zastosowania zjawiska fotoelektrycznego jest fotokomórka. Jest to próżniowa bańka szklana z dwiema elektrodami. Światło padające na fotokatodę wybija z niej że światło zachowuje się w jednych zjawiskach jak fala, a w innych jak wiązka fotonów spowodował przyjęcie założenia, że światło ma podwójną (dualną) naturę: falowo – korpuskularną. Jednym ze sposobów przekazywania energii jest promieniowanie. Człowiek widzi światło, które jest tylko niewielką częścią widma promieniowania elektromagnetycznego. W widmie tym wyróżniamy w kolejności od najdłuższych fal: fale radiowe, mikrofale, podczerwień, fale widzialne (400-800 nm), ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie ciała są źródłem promieniowania stałe i ciecze w bardzo wysokich temperaturach świecą światłem białym. Widmo wysyłanego przez nie promieniowania jest widmem ciągłym światła białego. Rozrzedzone gazy lub pary pierwiastków emitują promieniowanie o widmie liniowym (dyskretnym). Każdy pierwiastek w stanie gazowym emituje charakterystyczne dla siebie długości fali, jakich nie emituje żaden inny pierwiastek. Nie ma dwóch pierwiastków, których widma byłyby takie same. Badanie widma pozwala zatem na zidentyfikowanie pierwiastka, który je wysyła. Badanie składu chemicznego substancji na podstawie badania widma nazywamy analizą liniowe wodoru składa się z 5 fal widzialnych o długościach, które można obliczyć ze wzoru:1/λ=RH (1/22 -1/n2 )gdzie RH=1,097•107 1/m - to stała Rydberga, a n to liczby 3, 4, 5, 6 i 7. W widmie wodoru jest również wiele fal o długościach odpowiadających promieniowaniu ultrafioletowemu i które powstają w wyniku zaabsorbowania z promieniowania o widmie ciągłym fal o charakterystycznych dla danego pierwiastka długościach, nazywamy widmem absorpcyjnym. Takimi widmami są np. widma gwiazd. Do obserwacji widm służą spektroskopy i spektrometry. W 1913 r. Niels Bohr zaproponował model budowy atomu wodoru. W tym modelu elektron krąży wokół dodatniego jądra ruchem jednostajnym po orbicie kołowej, pod wpływem siły elektrostatycznej. Do takiego modelu wprowadził dodatkowo postulaty:1. Elektron może krążyć tylko po takich orbitach, dla których iloczyn masy, szybkości i promienia jest równy całkowitej wielokrotności stałej Plancka podzielonej przez h/2π2. Elektron krążąc po dozwolonej orbicie nie traci energii. Emisja energii ma miejsce wtedy, gdy elektron przeskoczy z orbity o większym promieniu na orbitę o mniejszym promieniu. Elektron może przeskoczyć z orbity bliższej jądru na orbitę dalszą, jeśli dostarczymy mu odpowiednią porcję orbity, po których może krążyć elektron spełniają związek:rn=n2 r1r1=5,3∙10-11 m to promień pierwszej orbity (zwany promieniem Bohra).Elektron krążący po orbicie posiada energię kinetyczną i potencjalną związaną z oddziaływaniem elektrostatycznym jądra. Jego całkowita energia jest skwantowana i wyraża się wzorem:En=-1/n2 AA jest pewną stałą, równą 21,76•10-11 dalej od jądra tym energia elektronu jest elektron znajduje się na pierwszej orbicie mówimy, że jest w stanie podstawowym, gdy na dalszej – w stanie wzbudzonym. Gdy jest w stanie wzbudzonym mówimy, że jest na wyższym poziomie energetycznym. Elektron przeskakując między orbitami (poziomami energetycznymi) pochłania lub wysyła porcję energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego o energii hν. Przy przeskoku z orbity n na orbitę k emitowana jest energia:hν=A(1/k2 -1/n2 )Długości promieniowania powstającego przy przeskoku na 1 orbitę tworzą serię Lymana, na drugą – serię Balmera, na trzecią – serię Bohra pozwala wyjaśnić dlaczego widmo wodoru jest widmem liniowym. Powyższy materiał został opracowany przez Przeczytanie i zapamiętanie tych informacji ułatwi Ci zdanie klasówki. Pamiętaj korzystanie z naszych opracowań nie zastępuje Twoich obecności w szkole, korzystania z podręczników i rozwiązywania zadań domowych.

Witamy w Zbiorze rozwiązanych problemów w fizyce. Ten zbiór rozwiązanych problemów fizycznych jest rozbudowywany przez Wydział Dydaktyki Fizyki, Wydział Matematyki i Fizyki, Uniwersytetu Karola w Pradze. W większości są to zadania, które nie zawierają rachunków (całkowego i różniczkowego), z drugiej jednak strony nie są tak

Oblicz energię fotonu o długości fali λ = 800 nm (bliska podczerwień). Wyraź ją w dżulach oraz elektronowoltach. Stała Plancka h = 6,626 ∙ 10-34 J ∙ s. rozwiązanie Aby obliczyć energię E fotonu musimy, zgodnie z poniższym wzorem, znać jego częstotliwość drgań ν (zobacz: Foton. Promieniowanie elektromagnetyczne – zadanie nr 1): $$E = h \hspace{.1cm} \nu$$ W treści zadania, zamiast częstotliwości ν, podano długość fali λ fotonu. Zależność pomiędzy częstotliwością a długością fali fotonu opisuje poniższe wyrażenie: $$\nu = \frac{c}{\lambda}$$ gdzie c to prędkość światła w próżni równa w przybliżeniu c = 3 ∙ 108 m/s. Wstawiając powyższe równanie do wzoru na energię E fotonu, dostaniemy: $$E = h \hspace{.05cm} \frac{c}{\lambda}$$ Po podstawieniu do powyższego równania wartości liczbowych oraz wykonaniu obliczeń (pamiętając o wyrażeniu długości fali λ w metrach: 800 nm = 800 ∙ 10-9 m) otrzymamy wartość energii E równą: $$E = 6,\hspace{ \cdot 10^{-34} \hspace{.1cm} \textrm{J} \cdot \textrm{s} \cdot \frac{3 \cdot 10^8 \hspace{.05cm} \frac{\textrm{m}}{\textrm{s}}}{800 \cdot 10^{-9} \hspace{.05cm} \textrm{m}} = 2,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}$$ Aby wyrazić energię fotonu w elektronowoltach (elektronowolt – ozn. eV – jednostka energii stosowana głównie w fizyce jądrowej oraz fizyce cząstek elementarnych) skorzystamy z proporcji. Ponieważ: $$1 \hspace{.05cm} \textrm{eV} = 1,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}$$ zatem: $$x \hspace{.1cm} \textrm{eV} = 2,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}$$ gdzie x to szukana wartość energii w elektronowoltach. Korzystając z dwóch powyższych zależności dostaniemy: $$E = x = \frac{2,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J} \cdot 1 \hspace{.05cm} \textrm{eV}}{1,\hspace{ \cdot 10^{-19} \hspace{.05cm} \textrm{J}} = 1,\hspace{ \hspace{.05cm} \textrm{eV}$$

zadania z fizyki atomowej z rozwiązaniami