האפקט הפוטואלקטרי

1. האפקט הפוטואלקטרי http://www.youtube.com/watch?v=dHFIS0u75-8&feature=player_detailpage תופעת פליטת אלקטרונים ממשטח מתכתי בעקבות הקרנת אור איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

2. ניסויים להכרת האפקט הפוטואלקטרי • ניסו י 1: מחברים לוח אבץ לאלקטרומטר ומטעינים אותו במטען שלילי. ממקרינים עליו אור לבן בעוצמות שונות – האלקטרומטר לא מתפרק איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

3. ניסויים להכרת האפקט הפוטואלקטרי • ניסו 2: מחברים לוח אבץ לאלקטרומטר ומטעינים אותו במטען שלילי. ממקרינים עליו אור אולטרא-סגול בעוצמות שונות – האלקטרומטר מתפרק איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

4. ניסויים להכרת האפקט הפוטואלקטרי • ניסו י 3: מחברים לוח ברזל לאלקטרומטר ומטעינים אותו במטען שלילי. מקרינים עליו אור לבן ואולטרא סגול בעוצמות שונות – האלקטרומטר לא מתפרק איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

5. ניסויים להכרת האפקט הפוטואלקטרי • ניסו י 4: מחברים לוח אבץ לאלקטרומטר ומטעינים אותו במטען חיובי. מקרינים עליו אור לבן ואולטרא סגול בעוצמות שונות – האלקטרומטר לא מתפרק, אלא מטענו גדל איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

6. קושי של התיאוריה הקלאסית קיום של תדירות הסף כאשר אורך גל גדול מאורך גל מקסימלי או תדירות קטנה מתדירות מינימלית) האפקט הפוטואלקטרי לא מתקיים, גם כאשר מגדילים את עוצמת האור. לפי תאוריית גלים אנרגיה מצטברת ולא צריך להיות גבול של אורך גל איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

7. קושי של התיאוריה הקלאסית 2. אי תלות של אנרגיה קינטית בעוצמת האור • לפי תאוריית גלים, כמות האנרגיה שמסופקת למתכת גדלה ואז אנרגיה קינטית של האלקטרונים הנעקרים צריכה לגדול איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

8. קושי של התיאוריה הקלאסית 3. תלות של אנרגיה קינטית באורך גל • לפי תאוריית גלים, אנרגיה קינטית תלויה בעוצמת האור (אמפליטודה של גל) ולא באורך הגל (תדירות) איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

9. קושי של התיאוריה הקלאסית 4.חוסר זמן תגובה תופעה של עקירת אלקטרונים מתחילה מייד עם תחילת ההקרנה. לפי תאוריית גלים דרוש זמן לאגירת אנרגיה במתחת שתגרום לשיחרור אלקטרון איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

10. הנחות פלנק • הנחות פלנק (1900): האור מתנהג כאוסף של חלקיקים קטנים המכונים פוטונים (1926) • פוטון – הוא קוונט (מנה קטנה של אנרגיה). אנרגיית הפוטון תלויה בתדירות האור. איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

11. אנרגיית פוטון וקבוע פלנק איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

12. ספקטרום של גלים אלקטרומגנטים איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

13. הסבר אינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

14. הסבר איינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי על בסיס הנחות פלנק, איינשטיין הסביר את האפקט הפוטואלקטרי. פוטונים (קוונטים של אנרגיה) שפוגעים במתכת, משחררים אלקטרונים. פוטון אחד יכול לשחרר אלקטרון אחד בלבד. כדי להוציא אלקטרון צריך לספק לו אנרגיה שגדולה יותר מאנרגיית קשר (פונקציית עבודה). אנרגיית קשר זאת אנרגיה מינימלית שמאפשר לאלקטרון לצאת מהמתכת. אנרגיה של פוטון מתבזבזת להתגברות על אנרגיית קשר והספקת אנרגיה קינטית לאלקטרון היוצא. איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

15. מקור אור מונוכרומטי שניתן לשנות את אורך הגל שלו קתודה חלון קוורץ אנודה • שפופרת ריק מפתח כפול לשינוי סימון של מקור מתח מכשירי מדידה פוטנציאומטר מקור מתח מבנה המערכת איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

16. תדירותקטנה מתדירות הסף אין עקירת אלקטרונים איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

17. שינוי עוצמת אור בתדירות קטנה מתדירות הסף מגדילים את עוצמת האור בלי לשנות פרמטרים אחרים אין עקירת אלקטרונים איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

18. הגדלת מתח בתדירות קטנה מתדירות הסף מגדילים את המתח בלי לשנות פרמטרים אחרים אין עקירת אלקטרונים איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

19. סיכום ביניים 1 כאשר אורך גל גדול מאורך גל מקסימלי או תדירות קטנה מתדירות מינימלית) האפקט הפוטואלקטרי לא מתקיים, גם כאשר מגדילים את עוצמת האור או מתח מאיץ (קתודה שלילית ואנודה חיובית) איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

20. תדירות הסף מאפסים את המתח ומקטינים שוב את עוצמת האור,מקטינים את אורך הגל (צבע של אור) קיימת עקירת אלקטרונים איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

21. הגדלת עוצמת האור בתדירות שגדולה מתדירות הסף מגדילים את עוצמת האור בלי לשנות פרמטרים אחרים כמות אלקטרונים נעקרים גדלה איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

22. סיכום ביניים 2 • כאשר אורך גל קטן מאורך גל מקסימלי או תדירות גדולה מתדירות מינימלית) האפקט הפוטואלקטרי מתקיים. • כאשר מקרבים נורה לתא פוטואלקטרי או מוסיפים נורה נוספת, עוצמת האור גדלה. • כאשר עוצמת האור גדלה – כמות הפוטונים שמגיעים לתא פוטואלקטרי גדלה. • פוטון אחד משחרר אלקטרון אחד. • כמות האלקטרונים המשתחררים מהקתודה גדלה, לכן הזרם גדל. איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

23. סיכום ביניים 3 • פוטון אחד משחרר אלקטרון אחד • ביחידת זמן משוחררת כמות סופית של אלקטרונים • אם מגדילים מתח מאיץ( קתודה שלילית ואנודה חיובית), יותר ויותר אלקטרונים מגיעים לאנודה • בשלב מסוים כל האלקטרונים שהשתחררו ביחידת זמן מקתודה,מגיעיםלאנודה • במצב הנ"ל הגדלת מתח לא תגרום להגדלת זרם, כי אין יותר אלקטרונים שעדיין לא הגיעו לאנודה • זרם מקסימלי שלא גדל עם הגדלת מתח נקרא זרם רוויה איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

24. תלות של זרם רוויה בעוצמת האור הגדלת עוצמת האור ללא שינוי באורך הגל גורמת רק להגדלת זרם הרוויה. עוצמת האור של גרף 2 גדולה יותר מאשר של גרף 1 מפני שזרם רוויה של גרף 2 גדול יותר. ותדירויות (אורכי גל) שוות בשני המקרים (הסבר בהמשך) איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

25. מתח עצירה מפעילים מתח שלילי מתח שבו זרם מתאפס- מתח עצירה איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

26. תדירות הסף מקטינים את אורך הגל מתח עצירה גדל איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

27. חישוב מתח עצירה לפי חוק שימור האנרגיה אלקטרון-וולט אחד – זאת אנרגיה שרוכש אלקטרון אחד בהעברת הפרש פוטנציאלים של וולט אחד מתח עצירה ביחידות וולט שווה לאנרגיה קינטית של האלקטרונים ביחידות אלקטרון וולט איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

28. סיכום ביניים 4 • אם לאלקטרון יש אנרגיה קינטית , דרוש מתח הפוך (שלילי) של , כדי לעצור אותו • הופכים את הסוללה, כך שקתודה הופכת לחיובית ואנודה לשלילית. עכשין האלקטרונים שנעקרים ממתכת בהשפעת האור נבלמים ע"י שדה חשמלי בין אנודה וקתודה. • הגדלת מתח שלילי (קתודה חיובית ואנודה שלילית), תגרום למצב שבו אף אלקטרון שמשתחרר מקתודה לא תגיה לאנודה, ואז הזרם במערכת יתאפס. איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

29. סיכום ביניים 4 (המשך) • מתח שלילי שגורם להפסקת זרם במערכת נקרא מתח עצירה • ככל מתח עצירה גדול יותר, כך גם אנרגיה קינטית של האלקטרונים גדולה יותר. • אנרגיה קינטית של האלקטרון ביחידות אלקטרון ולט שווה למתח עצירה ביחידות ולט איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

30. תלות מתח עצירה אורך הגל הקטנת אורך הגל גורמת להקטנת אנרגיה קינטית של האלקטרונים וכתוצאה מכך מתח העצירה גדל בערך מוחלט לגרף שמאלי יש מתח עצירה גדול ביותר בערך מוחלט לכן הוא מתאים לאורך גל קצר ביותר (תדירות גדולה ביותר) לשלושתם יש אותה עוצמת האור(זרם רוויה זהה) איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

31. I0 זרם הרויה וזרם כאשר מתח שווה לאפס • החל ממתח מסויים זרם במעגל מפסיק לגדול – מגיע לזרם רוויה כאשר מתח שווה לאפס זרם אינו מתאפס, מפני שלאלקטרונים הנעקרים יש אנרגיה קינטית וחלק מהם מגיעים לאנודה זרם רוויה תלוי בכמות האלקטרונים שמשתחררים מקתודה ביחידת זמן איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

32. I0 מתח עצירה - גרף המתח שבו זרם במעגל שווה לאפס נקרא מתח עצירה כאשר מתח שלילי קטן בערך מוחלט ממתח עצירה – חלק מהאלקטרונים מגיעים לאנודה, לכן קיים זרם איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

33. תוצאות ניסוי של אפקט פוטואלקטרי • כמות האלקטרונים הנעקרים מקתודה ביחידת זמן פרופורציונית לעוצמת האור • אנרגיה קינטית של האלקטרונים גדלה ככל שאורך גל של אור הפוגע קטן ולא תלויה בעוצמת האור • לכל חומר קיימת תדירות הסף.כאשר תדירות של האור הפוגע קטנה מתדירות הסך לא מתרחש האפקט הפוטואלקטרי • אין זמן תגובה.עקירת האלקטרונים מתחילה מיד עם הקרנת הקתודה באור שתדירותו גדולה מתדירות הסף לחומר הזה איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

34. הסבר אינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי • כמות האלקטרונים הנעקרים מקתודה ביחידת זמן פרופורציונית לעוצמת האור • הסבר: עוצמת האור =כמות פוטונים. פוטון אחר משחרר אלקטרון אחד • אנרגיה קינטית של האלקטרונים גדלה ככל שאורך גל של אור הפוגע קטן ולא תלויה בעוצמת האור • הסבר: אנרגיה של פוטון נמצאת ביחס ישר לתדירות האור (וביחס הפוך לאורך הגל) • לכל חומר קיימת תדירות הסף. כאשר תדירות של האור הפוגע קטנה מתדירות הסך לא מתרחש האפקט הפוטואלקטרי • הסבר: כשאר אנרגיית פוטון קטנה מאנרגיית קשר (שונה לכל חומר) – לאלקטרון אין מספיק אנרגיה לשחרור • אין זמן תגובה.עקירת האלקטרונים מתחילה מיד עם הקרנת הקתודה באור שתדירותו גדולה מתדירות הסף לחומר הזה • הסבר: לא דרושה אגירת אנרגיה כמו בגל – לכל פוטון ישי אנרגיה מספיקה לעקירת אלקטרון ( בתדירות גדולה מתדירות הסף) איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

35. ניתוח גרף Ek y=mx+n תדירות, Hz מתח עצירה שווה לאפס, אז אנרגיה של האלקטרונים הנעקרים גם שווה לאפס - תדירות הסף (תדירות שבה לאלקטרונים הנעקרים אין אנרגיה קינטית) תדירות שווה לאפס: אנרגיית קשר באלקטרון וולט (אנרגיה שלילית שיש לאלקטרון ביחס לגרעין) אם אנרגיה קינטית שווה ל-3eV אז דרוש מתח עצירה של 3 וולט כדי לעצור את האלקטרון איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

36. ניתוח גרף מתח, V תדירות, Hz מתח עצירה שווה לאפס- תדירות הסף חלקי מטען אלקטרון תדירות שווה לאפס: אנרגיית קשר חלקי מטען אלקטרון איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

37. סיכום מתח עצירה בוולט שווה לאנרגיה קינטית של אלקטרונים שנעקרו ביחידות אלקטרון-ולט זרם רוויה – זרם מירבי שלא גדל עם הגדלת מתח מאיץ. סיבה: כל האלקטרונים שנעקרו מקתודה ביחידת זמן הגיעו לאנודה מתח עצירה נמצא ביחס ישר לתדירות של האור הפוגע במתכת וביחס הפוך לאורך הגל ככל שתדירות האור גדולה יותר , כך גם אנרגיה קינטית של האלקטרונים גדולה יותר וכך גם מתח עצירה גדול יותר (בערך מוחלט) ככל שאורך הגל גדול יותר, כך גם אנרגיה של האלקטרונים קטנה יותר ומתח העצירה קטן יותר (בערך מוחלט) כאשר מקרבים נורה לתא פוטואלקטרי או מוסיפים נורה, עוצמת האור גדלה, כלומר כמות הפוטונים שנפלטים מהמקור אור ופוגעים במתכת בתא פוטואלקטרי גדלה. פוטון אחד יכול לשחרר רק אלקטרון אחד. לכן כמות האלקטרונים הנעקרים גדלה. כתוצאה מזה זרם רוויה גדל. איליה וינוקור bagrut.blogspot.com

38. מקורות מידע איליה וינוקור bagrut.blogspot.com