3.2. Efecte fotoelèctric El 1888 Heinrich Her tz va descobrir que quan una l lum inci dei x sobre cer t es super f íci es metàl · li ques, aquest es emet en el ectrons. Aquesta emissió compleix una sèrie de característiques: ● L’emissió d’electrons només es produeix quan s’aconsegueix una freqüència mínima, que s’anomena frecuencia llindar, f0. Per sota d’aquesta freqüència, que és pròpia de cada metall , no es produeix emissió d’electrons. ● La velocitat dels electrons emesos només depèn de la freqüència de la radiació incident i no de la seva intensitat; d’aquesta depèn el nombre d’electrons emesos. ● No hi ha un temps de retard entre la radiació incident i l’emissió d’electrons. La física clàssica no explicava aquestes característiques, sobretot la necessitat d’una freqüència mínima . A fi de buscar -hi una explicació: Albert Einstein va proposar el 1905 que la llum està constituïda per una sèrie de partícules elementals, anomenades fotons, l’energia dels quals ve donada per l’equació de Planck: E = h ? f sent f la freqüència de la llum incident. El funcionament d’una cèl·lula fotoelèctrica es basa en l’efecte fotoelèctric. Entre l’ ànode i el càtode hi ha una petita diferència de potencial perquè els electrons que s’arrenquen segueixin el camí del corrent. Quan el càtode s’il·lumina amb llum d’energia més gran que el valor corresponent al llindar de freqüència, s’arrenquen electrons que arriben a l’ ànode. La intensitat de corrent produïda és proporcional a la intensitat de la llum, això indica que cada fotó de la llum arrenca un electró. L’energia amb què surt disparat cada electró depèn de l’energia del fotó incident. Electrons Llum Metall Ànode Càtode El mil·liamperímetre indica immediatament que hi ha pas de corrent. E X E M P L E R E S O LT 8 Quina energia té un fotó de llum vermella de 700 nm de longitud d’ona? I un mol de fotons? Dades: c = 2,998 ? 108 m ? s-1; NA = 6,022 ? 1023; h = 6,626 ? 10-34 J ? s. Segons la hipòtesi de Planck, l’energia d’un quant ve donada per l’expressió: E = h ? f. Tingues en compte que f c l = , substitueix en l’expressió de l’energia d’un quant per tenir-la en funció de l: ? ? E h f h c l = = Substitueix els valors i opera. L’energia d’un fotó de llum vermella, Er, és: ? ? ? ? ? ? ? E h c 6,626 10 J s 700 10 m 2,998 10 s m 2,838 10 J r r 34 9 8 19 l = = = - - - Utilitza la constant d’Avogadro. L’energia d’un mol de fotons serà: ? ? ? ? E(1 mol) 1 fotón 2,838 10 J 1 mol 6,022 10 fotones mol 1,709 10 J 19 23 1 5 = = - - A Albert Einstein se li va concedir el premi Nobel de Física per l’explicació de l’efecte fotoelèctric i no per la seva coneguda teoria de la relativitat. 3. Orígens de la teoria quàntica 14
RkJQdWJsaXNoZXIy