Fotoelektrický jev Mgr. Kamil Kučera

ANOTACE Kód EVM: K_INOVACE_1.FY.31 Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.28/01.0050 Vytvořeno: leden 2014 Ročník: 4. ročník – čtyřleté gymnázium, 8. ročník – osmileté gymnázium (RVP-G), Anotace: Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Fyzika Tematický okruh Základní poznatky kvantové fyziky Materiál slouží k zopakování fotoelektrického jevu. Materiál vysvětluje vnitřní a vnější fotoefekt, rovnici vnějšího fotoelektrického jevu a jejich využití v praxi. Učivo je ověřeno závěrečným testem. Materiál se využije v průběhu hodiny. Pomůcky: interaktivní tabule.

Fotoelektrický jev (fotoefekt) jev vznikající při vzájemném působení EMZ a látky, ze které se uvolňují elektrony druhy: vnější – elektrony opouštějí látku vnitřní – elektrony neopouštějí látku, zvyšuje se vodivost látky [1] [2]

Vnější fotoelektrický jev fotoelektrický jev objasnil pomocí kvantové hypotézy A. Einstein (NC 1921) nelze vysvětlit klasickou fyzikou EM vlna při dopadu na látku se chová jako soubor částic – světelných kvant – fotonů foton odevzdá celou svoji energii, která se využije na uvolnění elektronu z kovu a zbytek energie získá elektron ve formě kinetické energie [3]

Fotony fotony soubor světelných kvant (obecně kvantum EM energie) nulová klidová hmotnost pohybují se rychlostí světla elektrický náboj nulový spin 1 (boson) zprostředkovává elektromagnetickou interakci (intermediální částice) energie fotonu hybnost fotonu [4]

Rovnice vnějšího fotoelektrického jevu pohybová energie elektronů uvolněných z kovu nezávisí na intenzitě dopadajícího záření, ale na jeho frekvenci pro každý kov existuje mezní frekvence f0 dopadajícího záření (MFCHT) fotoelektrický jev nastane, pokud fotoelektrický jev nenastane, pokud počet uvolněných elektronů je přímo úměrný intenzitě dopadajícího záření Einsteinova rovnice fotoelektrického jevu: [5]

Příklady na vnější fotoelektrický jev Může nastat fotoelektrický jev při dopadu viditelného světla na zinek, jestliže výstupní práce elektronu ze zinku jsou 4 eV? Fotoelektrický jev nenastane.

Příklady na vnější fotoelektrický jev Jaká je výstupní práce elektronů z cesia, je-li mezní vlnová délka cesia 642 nm? Výstupní práce z atomu cesia je asi 1,9 eV.

Vnitřní fotoelektrický jev v látce se generují nosiče náboje a její vodivost se zvětšuje součástky využívající vnitřního fotoefektu: fotorezistor – polovodičová součástka, jejíž odpor se při osvětlení zmenšuje (využití v luxmetrech a expozimetrech) fotodioda – polovodičová součástka s přechodem PN hradlový režim – při osvětlení fotodioda zdrojem napětí (solární panely) odporový režim – odpor fotodiody v závěrném směru se při osvětlení zmenšuje [6] [7] [8]

Využití fotoelektrického jevu v praxi fotometry a expozimetry zařízení automatizace ovládání mechanismů a počítání výrobků televizní kamery solární panely kopírovací zařízení [10] [11] [12]

Trocha opakování Co jsou to fotony? Porovnejte vnitřní a vnější fotoelektrický jev. Vysvětlete rovnici pro vnější fotoelektrický jev. Uveďte využití fotoelektrického jevu v praxi. Porovnejte fotodiodu s fotorezistorem a jejich praktické využití.

Zdroje a použitá literatura [1][WOLFMANKURD. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.svg [2] NORDBERG, Björn. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fotoelektrisk_effekt2.png [3] TURNER, Oren Jack. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_Head.jpg [4] UNITFREAK. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photon.gif?uselang=cs [5] MIRACETI. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoeffect.svg [6] ГОРОВАТО. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoresistor.svg?uselang=cs [7] DOBRATIQI. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:View_of_photoresistor.jpg?uselang=cs [8] NEZNÁMÝ. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photo-diode.svg?uselang=cs [9] NEZNÁMÝ. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photodiode.jpg?uselang=cs [10] MURRAY, Arthur. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DigitalLuxmetr.jpg?uselang=cs [11] SERYCH. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CCD_in_camera.jpg?uselang=cs [12] F5ZV. wikipedia.cz [online]. [cit. 10.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Panneaux_solaires_thermique_et_PV.jpg SVOBODA, Emanuel a kol. Přehled středoškolské fyziky. Praha: SPN, 1990, ISBN 80-04-22435-0 BARTUŠKA, Karel. Sbírka řešených příkladů z fyziky pro SŠ IV. Praha: Prometheus, 2000, ISBN 80-7196-037-3.