Photoelectric effect.png

Efectul totoelectric este emiterea de electroni din materie în urma absorbţiei de radiaţie electromagnetică, de exemplu radiaţie ultravioletă sau raze X. Un termen învechit pentru efectul fotoelectric este efectul Hertz.

Importanţa acestui fenomen în dezvoltarea domeniului fizicii constă în a sprijini dualitatea undă-corpuscul a radiaţiei electromagnetice. Explicaţia matematică a fenomenului a fost dată de Albert Einstein, pe baza unor ipoteze cuantice formulate de Max Planck.

Descriere

Când o suprafaţă metalică e expusă unui flux de radiaţie electromagnetică poate să genereze, în anumite condiţii, electroni liberi, care produc un curent electric dacă sunt acceleraţi sub acţiunea unui câmp electric. Electronii emişi prin efectul fotoelectric se numesc fotoelectroni. Experimental s-a constatat că pentru a observa emisia de electroni este nevoie ca radiaţia electromagnetică să aibă o frecvenţă deasupra unei limite inferioare care depinde de natura materialului sau, echivalent, lungimea de undă trebuie să fie sub o anumită valoare. Intensitatea fluxului de radiaţie incident influenţează mărimea curentului electric produs, dar nu determină apariţia fenomenului.

Explicaţie

Efectul fotoelectric poate fi explicat simplu dacă se acceptă ipoteza că radiaţia electromagnetică este formată din particule (pe care le numim fotoni). Fiecare foton poartă o cantitate de energie proporţională cu frecvenţa de oscilaţie a câmpului electromagnetic. La incidenţa fotonului pe suprafaţa unui metal este posibil ca această energie să fie transferată unui electron din reţeaua cristalină a metalului. Dacă energia transferată este suficientă pentru ca electronul să depăşească bariera de potenţial pusă de interfaţa dintre metal şi vid, atunci electronul poate părăsi cristalul şi deveni liber. Fiecare metal, prin proprietăţile sale cristaline, prezintă valori diferite ale pragului de energie impus electronilor la părăsirea suprafeţei, ceea ce explică faptul că metale diferite încep să emită fotoelectroni de la frecvenţe diferite.

Energia unui foton poate fi transferată unui singur electron. Astfel, dacă energia fotonului este sub pragul de extragere a electronului din cristal, mărirea numărului de fotoni (intensificarea fluxului de lumină) nu poate ajuta la declanşarea efectului fotoelectric.

Formule

Cantitativ, efectul fotoelectric se poate descrie folosind formula:

$hf\; =\; hf\_0\; +\; \{1\; \backslash over\; 2\}\{m\}\{v\}^2,$

unde

• h este constanta lui Planck;
• f este frecvenţa fotonului incident;
• f₀ este frecvenţa minimă la care are loc efectul fotoelectric;
• m şi v sunt masa, respectiv viteza electronului după ieşirea din cristal;

Energia fotonului incident este hf; această energie se conservă: o parte se regăseşte în reţeaua cristalină a metalului şi o parte este transferată sub formă de energie cinetică electronului devenit liber. Dacă se notează cu $\backslash phi\; =\; hf\_0$ lucrul mecanic de extracţie şi cu $E\_c$ energia cinetică a electronului, formula de mai sus se poate rescrie astfel:

$hf\; =\; \backslash phi\; +\; E\_c$

Fizică

Efecte fotoelèctric | Fotoelektrický jev | Fotoelektrisk effekt | Photoelektrischer Effekt | Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο | Photoelectric effect | Efecto fotoeléctrico | Fotoefekt | Valosähköinen ilmiö | Effet photoélectrique | Efecto fotoeléctrico | האפקט הפוטואלקטרי | Fényelektromos jelenség | Efek fotolistrik | Effetto fotoelettrico | 光電効果 | 광전 효과 | Fotoefektas | प्रकाशीय विद्युत परिणाम | Foto-elektrisch effect | Fotoelektrisk effekt | Efekt fotoelektryczny | Efeito fotoeléctrico | Фотоэффект | Fotoelektrický jav | Fotoelektrični pojav | Фотоелектрични ефекат | Fotoelektrisk effekt | Fotoelektrik etki | 光电效应