Sådan finder du den maksimale kinetiske energi af en Photoelectron

Teoretisk fysiker Albert Einstein blev tildelt sin Nobelpris for at ophæve mysteriet om den kinetiske energi af fotoelektroner. Hans forklaring forvandlede fysikken på hovedet. Han fandt ud af, at den energi, der blev båret af lys, ikke var afhængig af dens intensitet eller lysstyrke - i hvert fald ikke på den måde, fysikere på det tidspunkt forstod. Den ligning, han skabte, er en simpel. Du kan duplikere Einsteins arbejde i et par trin.

Bestem bølgelængden af ​​det indfaldende lys. Fotoelektroner udstødes fra et materiale, når der er lys på overfladen. Forskellige bølgelængder vil resultere i forskellige maksimale kinetiske energier.

Du kan f.eks. Vælge en bølgelængde på 415 nanometer (et nanometer er en milliarddel af en meter).

Beregn lysets frekvens . Frekvensen af ​​en bølge er lig med dens hastighed divideret med dens bølgelængde. For lys er hastigheden 300 millioner meter pr. Sekund eller 3 x 10 ^ 8 meter pr. Sekund.

For eksempelproblemet er hastigheden divideret med bølgelængden 3 x 10 ^ 8/415 x 10 ^ -9 = 7,23 x 10 ^ 14 Hertz.

Beregn lysets energi. Einsteins store gennembrud var at bestemme, at lyset kom i små små energipakker; energien af ​​disse pakker var proportional med frekvensen. Proportionalitetskonstanten er et tal kaldet Planck's Constant, som er 4.136 x 10 ^ -15 eV-sekunder. Så energien i en lyspakke er lig med Plancks konstante x frekvensen.

Lyskvantas energi til eksempelproblemet er (4,136 x 10 ^ -15) x (7,23 x 10 ^ 14) = 2,99 eV.

Se materialets arbejdsfunktion op. Arbejdsfunktionen er den mængde energi, der kræves for at pry en elektron løs fra overfladen af ​​et materiale.

Vælg eksempelvis natrium, som har en arbejdsfunktion på 2,75 eV.

Beregn den overskydende energi, der bæres af lyset. Denne værdi er den maksimale mulige kinetiske energi i fotoelektronen. Ligningen, som Einstein bestemmer, siger (elektronens maksimale kinetiske energi) = (energi fra den indfaldende lysenergipakke) minus (arbejdsfunktionen).

For eksempel er elektronens maksimale kinetiske energi: 2,99 eV - 2,75 eV = 0,24 eV.

Tip

Arbejdsfunktionen for de fleste materialer er stor nok til at det lys, der kræves for at generere fotoelektroner, er i det ultraviolette område af det elektromagnetiske spektrum.