Teoretisk fysiker Albert Einstein tilldelades sin Nobelpris för att unraveling mysteriet för den kinetiska energin hos fotoelektroner. Hans förklaring gjorde fysiken upp och ner. Han fann att energin som bärs av ljus inte var beroende av dess intensitet eller ljusstyrka - åtminstone inte på det sätt som fysikerna då förstod. Den ekvation han skapade är en enkel. Du kan duplicera Einsteins arbete i några få steg.
Bestäm våglängden för infalljuset. Fotoelektroner sprutas ut från ett material när ljus uppkommer på ytan. Olika våglängder kommer att resultera i olika maximala kinetiska energier.
Du kan till exempel välja en våglängd på 415 nanometer (en nanometer är en miljardtedel av en meter).
Beräkna ljusets frekvens . Vågfrekvensen är lika med sin hastighet dividerad med dess våglängd. För ljus är hastigheten 300 miljoner meter per sekund eller 3 x 10 ^ 8 meter per sekund.
För exempelproblemet är hastigheten dividerad med våglängden 3 x 10 ^ 8/415 x 10 ^ -9 = 7,23 x 10 ^ 14 Hertz.
Beräkna ljusets energi. Einsteins stora genombrott bestämde sig för att ljuset kom i små små energipaket. energin hos dessa paket var proportionella mot frekvensen. Proportionalitetskonstanten är ett tal som heter Planck's Constant, vilket är 4 136 x 10 ^ -15 eV-sekunder. Så är energin i ett ljuspaket lika med Plancks konstant x frekvensen.
Ljuskvantas energi för exemplet problemet är (4,136 x 10 ^ -15) x (7,23 x 10 ^ 14) = 2,99 eV.
Se upp materialets arbetsfunktion. Arbetsfunktionen är den mängd energi som krävs för att pry en elektron loss från ytan av ett material.
För exemplet, välj natrium, som har en arbetsfunktion på 2,75 eV.
Beräkna överskottsenergin som bärs av ljuset. Detta värde är den maximala möjliga kinetiska energin hos fotoelektronen. Ekvationen, som Einstein bestämmer, säger (elektronens maximala kinetiska energi) = (energi av det infallande ljusenergipaketet) minus (arbetsfunktionen).
För exemplet är elektronens maximala kinetiska energi: 2,99 eV - 2,75 eV = 0,24 eV.
Tips
Arbetsfunktionen för de flesta material är stor nog att det ljus som krävs för att generera fotoelektroner befinner sig i det ultravioletta området i det elektromagnetiska spektret.
