EFFETTO
FOTOELETTRICO
Cosa successe poco prima…
Max Planck, nel 1900, avanzò un’ipotesi rivoluzionaria,
secondo la quale un atomo e un’onda elettromagnetica
di frequenza f si scambiano energia non in modo
continuo, ma attraverso quantità discrete, multiple di
“pacchetti” di energia elementare, chiamati quanti.
E = hf
con h = 6,626 x 10-34 Js (costante di Plank).
Che cos’è la luce? La luce è un’onda elettromagnetica.
Per il principio di
elettrizzazione per
induzione, con un
elettroscopio
abbiamo creato un
eccesso di cariche
negative sulla spirale
metallica esterna.
La particolarità di un
metallo è di avere gli
elettroni di valenza
disposti in una nube
attorno al metallo
stesso, legati ai nuclei
per attrazione.
Illuminata dalla luce
della stanza, la
piastra metallica
non rilasciava
elettroni.
Ciò non avvenne
nemmeno dopo
l’illuminazione con
una torcia, né
tantomeno con una
lampada di intensità
maggiore
Illuminate da luce ultravioletta, le cariche negative situate
sulla piastra metallica acquistano velocità, liberando
l’elettroscopio da quello scompenso di cariche che
causava la repulsione reciproca fra le foglioline.
Intuiamo allora che
- Vengono emessi elettroni
- L’emissione non dipende dall’intensità dell’onda
elettromagnetica, ma dalla sua frequenza
- Il risultato si verifica con effetto immediato
Il nostro scopo è ora quello di scoprire quanti elettroni
vengono emessi per una certa frequenza, e con quale
velocità.
L’effetto fotoelettrico è il
fenomeno fisico
caratterizzato
dall’emissione di elettroni
da una superficie metallica
quando questa viene
colpita una una radiazione
elettromagnetica, ovvero
da fotoni aventi una certa
lunghezza d’onda.
EFFETTO FOTOELETTRICO
Fotocellula: dispositivo composto
da un tubo a vuoto, con un
elettrodo di metallo (Cesio) detto
catodo, e un elettrodo collettore,
detto anodo che raccoglie i
fotoelettroni emessi dal catodo.
LED: disponiamo di 5 led a
diverse λ che si collegano alla
fotocellula illuminando il catodo
Intensità di corrente I = Δq/Δt
Energia cinetica Ek = ½mv2
Definiamo Potenziale d’arresto V0 il valore del
potenziale elettrico tra catodo e anodo per cui la
fotocorrente nel circuito si interrompe completamente
1) Vogliamo verificare come varia l’energia cinetica
degli elettroni al variare dell’intensità della luce
incidente
2) Vogliamo verificare come varia l’energia cinetica degli
elettroni al variare della frequenza della luce incidente
- Ogni LED di lunghezza d’onda differente ha un potenziale
d’arresto differente
- Abbiamo selezionato un LED alla volta, e calcolato per esso
la frequenza corrispondente
- Abbiamo annotato il valore di tensione V0 corrispondente al
LED selezionato, segnato dal voltmetro
- Abbiamo calcolato l’energia cinetica massima degli elettroni
emessi:
Ek max = eV0
Ek max è l’energia necessaria agli elettroni per contrastare la
forza controelettromotrice, che si oppone al loro moto
impedendo loro di raggiungere l’anodo e chiudere il circuito.
2) Vogliamo verificare come varia l’energia cinetica
degli elettroni al variare della frequenza della luce
incidente
2 PROBLEMI
1) L’energia massima dei fotoelettroni non dipende
dall’intensità della radiazione incidente sul metallo
2) L’energia dei fotoelettroni aumenta con l’aumentare della
frequenza della radiazione incidente
Einstein formulò l’ipotesi per cui un fotone viene assorbito da
un elettrone e la sua energia hf si trasforma in energia cinetica
dell’elettrone.
Per lasciare l’atomo un elettrone deve avere energia uguale al
lavoro di estrazione del metallo.
hfmin = Lestr quindi fmin = Lestr / h
se f > fmin
allora
hfmin = Lestr + Ek
