KVANTOVÁ OPTIKA 16. Fotoelektrický jev

Prezentace na téma: "KVANTOVÁ OPTIKA 16. Fotoelektrický jev"— Transkript prezentace:

1 KVANTOVÁ OPTIKA 16. Fotoelektrický jev
OPTICKÉ JEVY KVANTOVÁ OPTIKA 16. Fotoelektrický jev Mgr. Marie Šiková

2 Anotace Materiál vysvětluje a třídí základní pojmy této kapitoly fyziky. Materiál může být doplněn výkladem učitele, ale umožňuje také použití pro samostatnou práci žáků. Autor Mgr. Marie Šiková Jazyk Čeština Očekávaný výstup 23-41-M/01 Strojírenství 26-41-M/01 Elektrotechnika Speciální vzdělávací potřeby - žádné - Klíčová slova Fotoelektrický jev, výstupní práce, mezní frekvence, Einsteinova rovnice pro vnější fotoelektrický jev Druh učebního materiálu Prezentace Druh interaktivity Kombinované Cílová skupina Žák Stupeň a typ vzdělávání odborné vzdělávání Typická věková skupina let Vazby na ostatní materiály Je součástí šablony OPJ (optické jevy)

3 Fotoelektrický jev Osnova: 1) Úvod 2) Podstata fotoelektrického jevu
3) Druhy fotoelektrického jevu 4) Einsteinova rovnice pro fotoelektrický jev 5) Podmínky vzniku fotoelektrického jevu 6) Užití fotoelektrického jevu

4 ad 1) Úvod Objev M. PLANCKA, že zářící těleso vyzařuje energii nespojitě a vyzářená energie je celistvým násobkem kvanta energie E = h . f podstatným způsobem ovlivnil další rozvoj fyziky. Zobecněná představa o nespojité, kvantové povaze elektromagnetického záření je základním poznatkem kvantové optiky, která studuje jevy při vyzařování a šíření záření a při vzájemném působení záření a látky. K nejdůležitějším jevům kvantové optiky patří fotoelektrický jev, který je důkazem kvantové povahy elektromagnetického záření.

5 Pevná látka, většinou kov
ad 2) Podstata fotoelektrického jevu Fotoelektrický jev nastává při vzájemném působení elektromagnetického záření a látky, přičemž je energie záření předávána elektronům v látce. Dopadající světlo - - -- Pevná látka, většinou kov © Marie Šiková 2013 Nastává fotoemise elektronů

6 ad 3. Druhy fotoelektrického jevu Podle toho, zda uvolněné elektrony opouštějí povrch látky ( zejména kovů a polovodičů ) nebo zůstávají uvnitř, rozlišujeme: a) vnější fotoelektrický jev elektrony povrchem unikají z látky b) vnitřní fotoelektrický jev uvolněné elektrony setrvávají v látce a zvyšují její vodivost

7 ad 4) Einsteinova rovnice pro fotoelektrický jev
Zákony fotoelektrického jevu vyložil v roce 1905 na základě Planckovy kvantové teorie záření Albert Einstein. Ten za vypracování teorie fotoelektrického jevu obdržel v roce 1921 Nobelovu cenu. Při fotoelektrickém jevu každý fotoelektron pohltí jedno kvantum energie záření h.f a jeho celková energie se zvětší. Získaná energie se spotřebuje na uvolnění elektronu z kovu ( vykoná se výstupní práce Wv ) a fotoelektron získá určitou kinetickou energii ½.me.v2, kde me je hmotnost elektronu a v je velikost jeho rychlosti po uvolnění z kovu.

8 Zákon zachování energie při tomto ději vyjadřuje
Einsteinova rovnice pro vnější fotoelektrický jev: h.f = Wv + ½.me.v2 Výstupní práce fotoelektronu je tím větší, čím pevněji je elektron vázán ve struktuře kovu. Nejmenší výstupní práci mají alkalické kovy. Např. cesium 1,93 eV a sodík 2,28 eV. Proto jsou vhodné jako materiál fotokatody ve fotonce.

9 ad 5) Podmínky vzniku fotoelektrického jevu
Fotoelektrický jev nastane, když kvantum energie záření pohlcené elektronem je alespoň rovno výstupní práci elektronu WV = h. fm tzn. když h.f ≥ h.fm Pro každý kov tedy existuje mezní vlnová délka λm = c/fm, která představuje horní hranici, při níž nastává fotoelektrický jev. U alkalických kovů odpovídá mezní vlnová délka viditelnému záření ( cesium 642 nm, sodík 544 nm ), u ostatních kovů je výstupní práce větší a λm odpovídá UV záření. ( např. měď, Wv = 4,48 kV a λm = 277 nm ). Proto u většiny kovů při ozářením světlem vnější fotoelektrický jev nenastává.

10 ad 6) Užití fotoelektrického jevu Fotoelektrický jev má široké uplatnění v technické praxi, v soustavách automatizace, v měřících přístrojích, v nejrůznějších optoelektronických zařízeních ( např. k dálkovému ovládání přístrojů spotřební elektroniky ), v snímacích elektronkách televizních kamer, v slunečních bateriích používaných v kosmonautice a jinde. Používání vakuových, popř. plynem plněných fotonek bylo překonáno polovodičovými součástkami, ve kterých se využívá vnitřní fotoelektrický jev. Nejjednodušší jsou fotorezistor a fotodioda.

11 Literatura MECHLOVÁ, Erika a Karel KOŠŤÁL. Výkladový slovník fyziky pro základní vysokoškolský kurz. 1. vyd. Praha: Prometheus, ISBN SVOBODA, Emanuel a kol. Přehled středoškolské fyziky. 4. uprav. vyd. Praha: Prometheus, 2006, 531 s. ISBN LEPIL, Oldřich, Milan BEDNAŘÍK a Radmila HÝBLOVÁ. Fyzika pro střední školy II. 3. vyd. Praha: Prometheus, ISBN LEPIL, Oldřich. Fyzika pro gymnázia: Optika. Dotisk 3. přepracovaného vyd. Praha: Prometheus, ISBN LEPIL, Oldřich. Malý lexikon fyziky. 1. vyd. Praha: Prometheus, ISBN