Ones o partícules? L’efecte fotoelèctric, interpretació de Einstein del 1905

1. Ones o partícules?L’efecte fotoelèctric, interpretació de Einstein del 1905 Núria Ferrer Anglada Universitat Politècnica de Catalunya Societat Catalana de Física, IEC Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

2. Índex • 1 – Ones o partícules • la llum = una ona electromagnètica • partícula = corpuscle: electrons, àtoms, boles de billar… • 2 – Planck (1900), E= hf • 3 – l’Eecte fotoelèctric • - l’experiment • -observacions de Hertz, 1887 • - Lenard, 1902 • 4 – Interpretació de Einstein, 1905 • 5 – Millikan, 1915: comprovació experimental • 6 – dualitat ona – partícula • 7 – exemples, consequències Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

3. L’efecte fotoelèctric L’electròmetre (al centre) es connecta a la placa metal.lica, per mesurar el seu potencial elèctric. La font de tensió ( a la dreta) permet carregar la placa metal.lica, establint un potencial V negatiu de mes de 1000V respecte a terra. S’utilitzen diferents fonts de llum ( a l’esquerra): una làmpada incandescent, llum ultraviolada, llum de diferents frequències, f Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

4. -Observacions de Hertz, 1887 • Hertz • La llum facilita la detecció de les ones electromagnètiques (s’observen guspires més grans als ressonadors). • Una làmina de vidre interposada entre emisor i ressonador apantalla aquest efecte. Però una làmina de quartz no. • La llum (radiació ultraviolada) afavoreix la detecció de les ones EM. El quartz és transparent a la llum ultraviolada, però el vidre no. Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

5. Experiment de Millikan • Amb aquest experiment de laboratori es pot estudiar l’efecte fotoelèctric amb tres metalls diferents de fàcil extracció d’electrons: sodi, cesi i plata (dins d’una ampolla de buit). Les seves energies d’extracció son respectivament: 2.75, 2.14 i 4.26 eV. Es pot canviar la freqüència de la llum (color) i també la seva intensitat (potència de la làmpada) També es pot canviar el potencial aplicat al càtode (metall). El corrent fotoelèctric resultant és mesurat i indicat a l’escala de dalt) Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

6. -Observacions de Lenard, 1902 1899, J.J. Thomson va descobrir l’electró: els raigs catòdics són electrons, amb càrrega –e i massa m. • P.V. Lenard: l’experiment fotoelèctric, amb llum de diferentsfreqüènciesf • Per algunes f massa baixes no hi ha efecte fotoelèctric • Quan n’hi ha, la intensitat del corrent és proporcional a la intensitat de llum incident i no ho és a la f de la llum • La màxima Ec dels electrons que es desprenen del càtode queda determinada per la freqüència f de la llum Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

7. L’efecte fotoelèctric: interpretació d’Einstein • Si l’energia de la llum, de freqüència f, (dels fotons) = hf • Els electrons absorbeixen els fotons, tal com en un xoc de partícules. • gasten energia hfº per sortir del metall • Els hi queda energia cinètica, Ec • hf = hfº + Ec Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

8. Millikan, 1915: comprovació experimental • Dades experimentals Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005