1. ה 1 אפקט הפוטואלקטרי

Σχετικά έγγραφα
דף תרגילים האפקט הפוטואלקטרי

שאלה 1 V AB פתרון AB 30 R3 20 R

נאמר כי כאשר שני גלים מתלכדים בפסגותיהם מתרחשת התאבכות בונה. כלומר, עוצמת הגל גדלה.

פתרון מבחן פיזיקה 5 יח"ל טור א' שדה מגנטי ורמות אנרגיה פרק א שדה מגנטי (100 נקודות)

PDF created with pdffactory trial version

-הולכה חשמלית- הולכה חשמלית

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד ג' תשע"ד, מיום 0/8/0610 שאלונים: 315, מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן

החשמלי השדה הקדמה: (אדום) הוא גוף הטעון במטען q, כאשר גוף B, נכנס אל תוך התחום בו השדה משפיע, השדה מפעיל עליו כוח.

= 2. + sin(240 ) = = 3 ( tan(α) = 5 2 = sin(α) = sin(α) = 5. os(α) = + c ot(α) = π)) sin( 60 ) sin( 60 ) sin(

תרגול מס' 6 פתרון מערכת משוואות ליניארית

גבול ורציפות של פונקציה סקלרית שאלות נוספות

גלים א. חיבור שני גלים ב. חיבור N גלים ג. גלים מונוכרומטיים וגלים קוהרנטיים ד. זרם העתקה ה. משוואות מקסוול ו. גלים אלקטרומגנטיים

פתרון תרגיל מרחבים וקטורים. x = s t ולכן. ur uur נסמן, ur uur לכן U הוא. ur uur. ur uur

פתרון תרגיל 8. מרחבים וקטורים פרישה, תלות \ אי-תלות לינארית, בסיס ומימד ... ( ) ( ) ( ) = L. uuruuruur. { v,v,v ( ) ( ) ( ) ( )

Data Studio. AC1_Circuit_R.ds כרך : חשמל

חורף תש''ע פתרון בחינה סופית מועד א'

תורת הקוונטים I

יווקיינ לש תוביציה ןוירטירק

יתרואת עקר יאטל - וו וטופ את

תרגול פעולות מומצאות 3

Charles Augustin COULOMB ( ) קולון חוק = K F E המרחק סטט-קולון.

-אופטיקה של גלים- אופטיקה של גלים סרגל אופטי, לייזר פוינטר, מחזיק שקופיות, 2 סריגים, 2 חריצים, מסך עם נייר מילימטרי.

קבל מורכב משני מוליכים, אשר אינם במגע אחד עם השני, בכל צורה שהיא. כאשר קבל טעון, על כל "לוח" יש את אותה כמות מטען, אך הסימנים הם הפוכים.

העונתב אצמנש לוק רוקמ רובע רלפוד טקפא

Vcc. Bead uF 0.1uF 0.1uF

A-PDF MERGER DEMO. (Franz melde's experiment)

ל הזכויות שמורות לדפנה וסטרייך

דף פתרונות 7 נושא: תחשיב הפסוקים: צורה דיסיונקטיבית נורמלית, מערכת קשרים שלמה, עקביות

הרצאה 7 טרנזיסטור ביפולרי BJT

[ ] Observability, Controllability תרגול 6. ( t) t t קונטרולבילית H למימדים!!) והאובז' דוגמא: x. נשתמש בעובדה ש ) SS rank( S) = rank( עבור מטריצה m

מחוון פתרון לתרגילי חזרה באלקטרומגנטיות קיץ תשס"ז. V=ε R

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד חורף תשע"א, מיום 31/1/2011 שאלון: מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן.

סדרות - תרגילים הכנה לבגרות 5 יח"ל

חוליות H.P. - כללי .D.C. וצימוד A.C. ביניהן. U 2 =U 0+ =2V. . 0<t<0.5m se

תרשים 1 מבוא. I r B =

לדוגמה: במפורט: x C. ,a,7 ו- 13. כלומר בקיצור

.(radiation אלקטרומגנטית. רתרפורד).

שדות תזכורת: פולינום ממעלה 2 או 3 מעל שדה הוא פריק אם ורק אם יש לו שורש בשדה. שקיימים 5 מספרים שלמים שונים , ראשוני. שעבורם

סיכום- בעיות מינימוםמקסימום - שאלון 806

יסודות לוגיקה ותורת הקבוצות למערכות מידע (סמסטר ב 2012)

69163) C [M] nm 50, 268 M cm

1 חמד"ע / מתכונת כימיה השלמה ל- 5 יחידות תשס "ט פיתרון תשס"ט (50 נקודות) CH 4(g) + H 2 O (g) CO (g) + 3H 2(g) i מערכת? נמק

TECHNION Israel Institute of Technology, Faculty of Mechanical Engineering מבוא לבקרה (034040) גליון תרגילי בית מס 5 ציור 1: דיאגרמת הבלוקים

בכל החלקים לפני חיבור המעגל יש לקבל אישור מהמדריך. מעגלים חשמליים- תדריך עבודה

תרגיל 13 משפטי רול ולגראנז הערות

10 הלאש ן פ ו ו ק ר ימ ן ק רבסה ד ו רבס

פיזיקה מבחן מתכונת בחשמל ומגנטיות לתלמידי 5 יחידות לימוד הוראות לנבחן

{ : Halts on every input}

"קשר-חם" : לקידום שיפור וריענון החינוך המתמטי

תרגול 1 חזרה טורי פורייה והתמרות אינטגרליות חורף תשע"ב זהויות טריגונומטריות

normally open (no) normally closed (nc) depletion mode depletion and enhancement mode enhancement mode n-type p-type n-type p-type n-type p-type

דביר חדד י"ב 4 דו"חות מעבדה דביר חדד י"ב 4

זיהוי פגמים במיתר באמצעות גלים עומדים

-קרינה גרעינית - קרינה גרעינית

שאלה 3. b a I(A) α(deg) 10 cm

: מציאת המטען על הקבל והזרם במעגל כפונקציה של הזמן ( )

פתרון תרגיל 5 מבוא ללוגיקה ותורת הקבוצות, סתיו תשע"ד

חשמל ומגנטיות תשע"ה תרגול 12 השראות

דיאגמת פאזת ברזל פחמן

חפסנ םיגתוממ םיבציימ יראיניל בציי. מ א גתוממ בצי. ימ ב

תרגילים באמצעות Q. תרגיל 2 CD,BF,AE הם גבהים במשולש .ABC הקטעים. ABC D נמצאת על המעגל בין A ל- C כך ש-. AD BF ABC FME

ספקטרופוטומטריה (מדידת בליעת אור)

מערכות בקרה 1 סיכום ( ) ( ) 1 *מסמך זה הינו סיכום הקורס, שברובו מכיל חומר מהתרגולים עם תוספות, אך אינו מסמך רשמי של הקורס.

החוק השני של ניוטון מטרה: חקירת תנועה בהשפעת כוח תלות התאוצה במסה. א. תלות התאוצה בכוח. ב. בדיקת שימור אנרגיה במהלך התנועה. ג. משקולות, גלגלת וחוט.

הרצאה. α α פלוני, וכדומה. הזוויות α ל- β שווה ל-

השפעת הטמפרטורה על ההתנגדות התנגדות המוליך

אלקטרומגנטיות אנליטית תירגול #2 סטטיקה

פיזיקה 3 יחידות לימוד הוראות לנבחן

brookal/logic.html לוגיקה מתמטית תרגיל אלון ברוק

תדריך למעבדות בפיסיקה 3 להנדסה

מטרות הניסוי: רקע תאורטי: מורה יקר! שים לב, כל התשובות הנכונות מסומנות באדום!

שם הניסוי: מיקרו-גלים

1 f. v 2. λ 1 = 1. θ 2 תמונה 2. במשולש sin

צעד ראשון להצטיינות מבוא: קבוצות מיוחדות של מספרים ממשיים

c ארזים 26 בינואר משפט ברנסייד פתירה. Cl (z) = G / Cent (z) = q b r 2 הצגות ממשיות V = V 0 R C אזי מקבלים הצגה מרוכבת G GL R (V 0 ) GL C (V )

גלים מכניים גלים אלקטרומגנטיים משוואת הגלים גלים עומדים ו.

לוגיקה ותורת הקבוצות פתרון תרגיל בית 8 חורף תשע"ו ( ) ... חלק ראשון: שאלות שאינן להגשה נפריד למקרים:

אלגברה ליניארית (1) - תרגיל 6

חשמל ואלקטרוניקה. M.Sc. יורי חצרינוב תשע'' ד ערך : Composed by Khatsrinov Y. Page 1

סיכום בנושא של דיפרנציאביליות ונגזרות כיווניות

רחת 3 קרפ ( שוקיבה תמוקע)שוקיבה תיצקנופ

סיכום חקירת משוואות מהמעלה הראשונה ומהמעלה השנייה פרק זה הינו חלק מסיכום כולל לשאלון 005 שנכתב על-ידי מאיר בכור

תרגיל 7 פונקציות טריגונומטריות הערות

3-9 - a < x < a, a < x < a

תרגול 5 פוטנציאל חשמלי ואנרגייה חשמלית

dspace זווית - Y מחשב מנוע ואנקודר כרטיס ו- driver

תרגילים פרופ' עזרא בר-זיו המחלקה להנדסת מכונות (תשס"ד) שאלה 1 שאלה 2 נתון : Time (sec) Pressure, mm Hg (torr)

Ze r = 2 h. Z n. me En = E = h

+ + + = + + = =

הדבעמ 2 הקיסיפ תריקח ימרוג ת ודגנתה

נאסף ונערך על ידי מוטי פרלמוטר 1

ךוכיח םדקמ 1 םישרת אובמ

תרגול #7 עבודה ואנרגיה

משוואות רקורסיביות רקורסיה זו משוואה או אי שוויון אשר מתארת פונקציה בעזרת ערכי הפונקציה על ארגומנטים קטנים. למשל: יונתן יניב, דוד וייץ

עד המאה התשע עשרה היו המדענים חלוקים בדעתם ביחס למהות האור.

אלקטרומגנטיות אנליטית תירגול #13 יחסות פרטית

ניהול תמיכה מערכות שלבים: DFfactor=a-1 DFt=an-1 DFeror=a(n-1) (סכום _ הנתונים ( (מספר _ חזרות ( (מספר _ רמות ( (סכום _ ריבועי _ כל _ הנתונים (

תרגול #14 תורת היחסות הפרטית

מטרות הניסוי: רקע תאורטי: 1. חקירת התלות של עוצמת השדה המגנטי, שנוצר במרכז לולאה מעגלית נושאת זרם בשני פרמטרים: א.

המטרה התיאוריה קיטוב תמונה 1: גל א מ

Transcript:

האפקט הפוטואלקטרי מילות מפתח: פוטונים, פונקצית עבודה, תדירות סף, מתח עצירה, קבוע פלנק הציוד הדרוש: מתקן הכולל מנורת להט, ספק, ערכה הכוללת שפופרת פוטואלקטרית, מולטימטר, 4 פילטרים, מגבר זרם, ספק מתח משתנה. מטרות הניסוי: להכיר את תופעת האפקט הפוטואלקטרי. למדוד את קבוע פלנק. 1. תיאוריה 1. ה 1 אפקט הפוטואלקטרי האפקט הפוטואלקטרי הינו אחד הניסויים שהובילו להתפתחותה של תורת הקוונטים. באפקט הפוטואלקטרי ישנן מספר תופעות שאינן ניתנות להסבר באמצעות הפיסיקה הקלסית ומצריכות הסבר חדש, הסבר כזה ניתן ע"י אלברט איינשטיין בשנת 1905 וזיכה אותו בפרס נובל. התופעה באופן עקרוני, כאשר אור פוגע במתכת, האנרגיה שנושא האור גורמת לפליטת אלקטרונים מפני המתכת. על מנת לבחון את האפקט נשתמש במערכת המתוארת באיור 1 )תא פוטואלקטרי(. האור הפוגע בקתודה גורם לפליטת אלקטרונים מפני החומר, אלקטרונים אלו נפלטים עם אנרגיה קינטית מסוימת וחלקם מגיעים אל האנודה וזורם זרם במעגל. אם מפעילים מתח קדמי )האנודה חיובית ביחס לקתודה(, המתח יאיץ את האלקטרונים לכוון האנודה והזרם במעגל יגדל. אם מפעילים מתח הפוך או מתח מעכב )האנודה שלילית ביחס לקתודה(, המתח יתנגד לזרימת האלקטרונים לכיוון האנודה והזרם במעגל יקטן. מסתבר שישנן מספר תופעות בניסוי זה הדורשות הסבר וחלקם אינן ניתנות להסבר על פי התיאוריה הקלסית של האור כגל אלקטרומגנטי, אלא בהתייחסות לאור כאוסף חלקיקים )פוטונים(. על מנת להסביר את התופעה, נציג מספר מושגים הקשורים לניסוי זה וקושי להסביר זאת בדרך הקלסית של האור כגל אלקטרומגנטי. -234-

קתודה אנודה I מתח קדמי מד זרם + - - + מתח אחורי איור 1: סכימה של מערכת למדידת האפקט הפוטואלקטרי. א. תדירות הסף: מסתבר שפליטת האלקטרונים מתרחשת במתכת נתונה אך ורק אם תדירות הגל הפוגע גדולה מתדירות סף אופיינית למתכת, ואילו בתדרים נמוכים מתדירות הסף לא מתרחשת פליטה כלל אפילו אם נגדיל את עוצמת המקור. תופעה זו אינה ניתנת להסבר בתיאוריה הקלסית שבה העברת האנרגיה ע"י הגל אינה תלויה בתדירות. ב. זמן תגובה: זהו הזמן שעובר מרגע ההקרנה על הקתודה עד להופעת זרם במעגל. לפי התאוריה הקלסית, זמן התגובה לקתודה הוא מסדר גודל של שניות בעוד שבניסוי זמן התגובה אפסי. ג. מתח עצירה: זהו המתח ההופכי הדרוש לבלום את כל האלקטרונים שנפלטו מהקתודה. לאלקטרונים הנפלטים ישנה אנרגיה קינטית אשר יכולה להיות גדולה מאד, ולכן אנו מצפים שגם אם המתח המעכב יהיה גדול עדיין יזרום זרם קטן במעגל. בפועל, לכל תדר ישנו מתח מעכב אשר עוצר את האלקטרונים לחלוטין ללא תלות בעוצמת האור, מתח זה נקרא "מתח העצירה". תופעה זו מצביעה על כך שלאלקטרונים הנפלטים ישנה אנרגיה קינטית מקסימלית שאינה תלויה בעוצמת האור ולכן מתח מעכב יכול לעצור את הזרם. -235-

hc )1( E h כאשר קבוע הפרופורציה h נקרא קבוע פלנק והוא אחד מקבועי הטבע הבסיסיים,. h6.6310 34 ערכו הוא: Js יש מספר עקרונות שמתקיימים בניסוי של האפקט הפוטואלקטרי והן: לכל מתכת יש סף אנרגיה מנימלי מסוים שרק מעל ערך זה ישתחררו אלקטרונים ממנה. אנרגיה זו נקראת פונקצית העבודה Φ של מתכת הקתודה והיא תלויה רק בסוג המתכת ממנה עשויה הקתודה. לכן, כדי לגרום לפליטת אלקטרונים דרוש גם סף אנרגיה מינימלי של האור הפוגע )הפוטון( שיהיה גדול מפונקצית העבודה של המתכת. העברת האנרגיה מהאור לאלקטרון נעשית בד"כ ע"י פוטון יחיד. כלומר האנרגיה שמקבל האלקטרון שווה לאנרגיה של פוטון יחיד. כאשר מתייחסים לאור כאל שטף של פוטונים, ניתן להבין את התופעות האלה: א. תדירות הסף: האנרגיה שמקבל האלקטרון היא אנרגית פוטוןh. על מנת שהאלקטרון ישתחרר מהמתכת יש צורך להתגבר על פונקצית העבודה של המתכת, ולכן אנרגית הפוטון צריכה להיות גדולה או שווה לפונקצית העבודה: )2( h משוואה )2( מגדירה את תדירות הסף: 0 h מתדירות הסף. אם תדירות האור הפוגע קטנה v, v אנרגיית פוטון יחיד אינה מספיקה על מנת לשחרר 0 אלקטרון מהקתודה ולכן אלקטרונים לא נפלטים כלל ואין זרם במעגל. ב. זמן תגובה: האפקט הפוטואלקטרי מתרחש כתוצאה מהתנגשות של פוטון עם אלקטרון, בליעת הפוטון והעברת אנרגיה לאלקטרון. זמן ההתנגשות הוא קטן מאד וכמעט אפסי. ההסבר של איינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי טוען שלאור, יש תכונה של דואליות לעיתים התנהגות האור כגל אלקטרומגנטי ולעתים כחלקיק. בניסוי זה מתגלה האור בצורתו החלקיקית. חלקיק האור נקרא בשם פוטון,ולכל פוטון יש אנרגיה E פרופורציונית לתדר של גל האור לפי הקשר: -236-

)3( K max hc h אם נשים מתח אחורי V, רק אלקטרונים שלהם אנרגיה קינטית K>eV יגיעו לאנודה. לכן אם המתח האחורי יהיה גדול מהאנרגיה הקינטית המקסימלית של אלקטרון, לא יהיה אלקטרון שיוכל להתגבר על המתח האחורי ולא יהיה זרם כלל. אם כן, מתח העצירה V 0 מוגדר ע"י: )4( ev 0 hc h נשים לב כי האנרגיה של הפוטון נקבעת רק לפי התדירות האור )או אורך הגל( ואין קשר לעוצמת האור הפוגע. לכן אם האנרגית האור הפוגע איננה מספיקה להוצאת אלקטרונים הגדלת עוצמת האור לא תועיל במאומה להוצאת אלקטרונים. לעומת זאת, אם האנרגיה של הפוטון הפוגע גדולה מאנרגית הסף יצאו אלקטרונים עם אנרגיה קינטית לפי ההפרש האנרגיות בנוסחה 4. הגדלת עוצמת האור הפוגע לא יגרום להגדלת האנרגיה הקינטית של האלקטרונים. )יפלטו יותר אלקטרונים, האלקטרונים תישאר כמקודם( כלומר יותר זרם, אך האנרגיה המקסימלית של 1.2 עבודת הכנה 1. מהי האנרגיה של פוטון באורך גל nm מהירות האור 600 m c 3108 s ביחידות של ( Ve אלקטרון-וולט (?, מטען האלקטרון( Coulomb. e 1.61019C( 2. בניסוי האפקט הפוטואלקטרי התקבלו האופיינים הבאים של הזרם בתלות במתח V. הסבר מה קבוע ומה משתנה מאופיין לאופיין. ג. מתח עצירה- כאמור, אלקטרון מקבל את האנרגיה של פוטון יחיד, ועליו להתגבר על פונקצית העבודה. לכן, האנרגיה הקינטית המקסימלית של אלקטרון הנפלט מהקתודה היא: -237-

2. מהלך הניסוי 2.1. תיאור הניסוי מערכת הניסוי מורכבת משפופרת ריק בעלת חתך גלילי ובה קתודה בעלת שטח פנים גדול העשויה מצזיום אנטימוניד וחוט דק המשמש כאנודה. השפופרת נמצאת בתוך מיכל אטום ובו פתח דרכו נכנס האור, על השפופרת מודבק פס שחור המונע הגעת אור אל האנודה. מקור האור הוא מנורת טונגסטן המוזנת באמצעות שנאי. הזרם בין הקתודה והאנודה הינו קטן מאד )בסדר גודל של (1nA=10 9- A ( na,לכן על מנת למדוד את הזרם באמצעות מד הזרם הנמצא ברשותנו, שהתחום הרגיש ביותר שלו הוא,200A נשתמש במגבר זרם בהגבר. 1000 את המתח בין האנודה לקתודה נספק באמצעות ספק מתח ישר אשר מאפשר לשנות את המתח בתחום 18V ל-.3V המערכת מתוארת באיור 2. מערכת הניסוי כוללת גם ארבעה פילטרים )מסננים( אשר מסננים את האור. מסננים אלו הינם מעבירי תדרים נמוכים Filter(,)Low Pass כלומר, מעבירים רק תדרים הנמוכים מערך סף מסוים. על המסננים רשום מספר תלת-ספרתי, מספר זה מציין את אורך הגל )ביחידות של )nm המתאים לתדר הסף של המסנן. אם נשים מסנן בין מקור האור לקתודה, התדר המקסימלי שיעבור יהיה תדר הסף של המסנן ולכן האנרגיה הקינטית המקסימלית של אלקטרון נפלט תהיה נתונה באמצעות משוואה )3(. בניסוי זה שני חלקים, בחלק הראשון נשתמש במסנן בעל אורך הגל הארוך ביותר )אנרגיה נמוכה ביותר( ונבחן את האופין )תלות הזרם במתח( של השפופרת. 3. בניסוי פוטואלקטרי התקבל מתח עצירה של 0.15 וולט עבור תא פוטואלקטרי שהקתודה עשויה מחומר אשר פונקצית העבודה שלה שווה. 4 ev מהי תדירות הסף של האור הפוגע? 4. קבע אם המשפטים הבאים נכונים ונמק! 1. הגדלת פונקצית העבודה מקטינה את זרם הרוויה. 2. הגדלת עוצמת האור מגדילה את זרם הרוויה. 3. תדירות הסף תלויה בעוצמת האור הפוגע. 4. תדירות הסף תלויה בפונקצית העבודה. -238-

בפרט נרצה לראות את תופעת זרם הרוויה. בחלק השני נתמקד במתח העצירה, נמדוד את מתח העצירה עבור המסננים השונים )תדרים מקסימליים שונים(, ובעזרת משוואה )4( נחשב את ערכו של קבוע פלנק. 2.2 מדידת אופיין השפופרת הרכב את המעגל המתואר באיור 2. בעזרת הפוטנציומטר על כוון את מתח הספק לאפס והדלק את המנורה. מנורה מתקן להצבת פילטרים תא פוטואלקטרי ספק למנורה Voltage Source Volt Voltage Adjust A K A מפסק A com איור 2: תיאור סכמאטי של מערכת הניסוי -239-

מצא את המסנן בעל אורך הגל הארוך ביותר )צבע אדום( והכנס אותו למקומו במקום המיועד לו. שנה את מתח הספק מ 3V - ל 18 V בצעדים של 1V ומדוד את הזרם. שרטט גרף של הזרם בתלות במתח. הסבר את הגרף שקיבלת. חזור על התהליכים הקודמים עבור שלושת הפילטרים הנוספים. 2.3 מדידת מתח העצירה וקבוע פלנק מתח העצירה נמדד כשיורדים ממתח חיובי לשלילי של עקומת האפיון עד להתאפסות הזרם )יש להמתין כחצי דקה להתייצבות המערכת(. שנה את מתח הספקי מ- 0V ל 3V- בקפיצות של 0.1V-. מצא את המתח שגורם להפסקת הזרם (0=I) מתח זה הינו מתח העצירה. יש לחזור על המדידה עבור כל הפילטרים שברשותך. שרטט בגרף את מתח העצירה כתלות בתדר הסף של המסנן המצוין עליו, על פי משוואה )4( מתקבל גרף ליניארי. שיפוע הגרף הוא h e. מדוד את השיפוע, הערך את השגיאה והשווה לערך הידוע של קבוע פלנק. מצא גם את פונקצית העבודה של הקתודה. הערה: באופן מעשי כשמקרינים אור על התא הפוטואלקטרי, האלקטרונים נפלטים מהקתודה ומהאנודה ואנו מודדים למעשה את הזרם השקול - C.I = I מאחר I A ואנודה יחסית קטנה במידותיה לקתודה הזרם האנודי בדרך כלל קטן. זאת הסיבה שבמתח שלילי ישנו זרם שלילי במעגל אשר כמעט מגיע לרוויה. זרם זה נגרם כתוצאה מאלקטרונים הנפלטים מהאנודה ונסחפים לעבר הקתודה. בניסוי הזה הזרם הקתודי גדול מאד ביחס לזרם האנודי ולכן אנו מזניחים את הזרם האנודי. -240-