digitální učební materiál

Autor: Ing. Jiří Šťastný

Předmět/vzdělávací oblast: Fyzika

Tematická oblast: Optika

Téma: Fotoelektrický jev

Ročník: 4.

Datum vytvoření: Únor 2014

Název: VY_32_INOVACE_07.2.19.FYZ

Anotace:

Princip a využití fotoelektrického jevu. Učební materiál slouží jako inovativní prezentační doplněk výuky a využívá aktivizujících možností multimediálních prostředků včetně hypertextových odkazů. Závěrečné kontrolní otázky zvyšují interaktivitu výuky a podporují samostatné myšlení žáků. Multimediální výuka svou přehledností a názorností podporuje zájem a aktivitu i u slabších žáků.

Metodický pokyn:

Prezentace primárně slouží pro výklad v hodině, ale může být využita i k samostudiu a pro distanční formu vzdělávání. Otázky na konci tématu ověřují, jak žáci danou problematiku zvládli, a po vytištění je lze použít i pro písemné ověření jejich znalostí. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků – PC a dataprojektoru.

Fotoelektrický jev - podstata• Fotoelektrický jev nastává při působení

elektromagnetického záření a látky.

• Energie záření je předávána elektronům v látce.

• Fotoelektrický jev pozorujeme hlavně u pevných látek (kovů a polovodičů).

• Při vnějším fotoelektrickém jevu se působením záření uvolňují elektrony, které unikají z látky. Nastává fotoemise elektronů.

Vnitřní fotoelektrický jev• Uvolněné elektrony setrvávají v látce a

zvyšují její vodivost.

• U polovodičů je fotoelektrický jev příčinou generace párů elektron – díra.

• Využití nachází například ve fotodiodě: světlo dopadá na přechod PN, předá energii elektronu ve valenční vrstvě atomu, elektron atom opustí a vznikne díra (pár elektron – díra).

Vnější fotoelektrický jev

• Pozorujeme jej především u kovů. Při dopadu světla na povrch kovu z něj vystupují elektrony.

• Využíval se u fotonek, kde z ozářené katody (připojené k zápornému pólu zdroje) vyletovaly elektrony k anodě a obvodem procházel malý proud (fotoproud).

Zákony vnějšího fotoefektu

1. Pro každý kov existuje jistá mezní frekvence, není-li překročena, jev nenastává.

2. Při překročení mezní frekvence je počet uvolněných elektronů úměrný intenzitě záření dopadajících na fotokatodu.

3. Energie fotoelektronů je přímo úměrná frekvenci záření.

Einsteinova teorie fotoel. jevu

Rovnice fotoelektrického jevu:

představuje kvantum energie

se nazývá výstupní práce (energie potřebná k uvolnění elektronu)

je kinetická energie elektronu po opuštění materiálu

• Einsteinova rovnice fotoelektrického jevu je jedním ze zápisů zákonu zachování energie.

• Výstupní práce je tím větší, čím pevněji je elektron v kovu vázán.

• Malé energie vyjadřujeme v elektronvoltech (eV).

• Jeden elektronvolt odpovídá J.• Energii jednoho elektronvoltu získá částice

s elementárním nábojem při přechodu mezi místy s potenciálem jednoho voltu.

Souvislosti s rovnicí fotoefektu

• Různé kovy mají různou výstupní práci, nejmenší má Cesium (1,93 eV).

• Uvolnění elektronu se děje okamžitě po dopadu kvanta energie, nepozorujeme žádnou setrvačnost mezi ozářením a vznikem fotoproudu.

• Rychlost elektronu závisí na frekvenci záření.

Kontrolní otázky

• Jaká je podstata fotoelektrického jevu?

• Kdo je autorem objevu fotoelektrického jevu?

• Co říká rovnice fotoelektrického jevu?

Kontrolní otázky-odpovědi

• Jaká je podstata fotoelektrického jevu? Energie záření je předávána elektronům v látce.

• Kdo je autorem objevu fotoelektrického jevu? Albert Einstein.

• Co říká rovnice fotoelektrického jevu?

Použité zdroje:

SVOBODA, Emanuel a kol. Přehled středoškolské fyziky. 3. vyd. Praha: Prometheus, 1996, ISBN 80-7196-116-7.

LEPIL, Oldřich; BEDNAŘÍK, Milan; HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední školy II. Praha: Prometheus, 2002, ISBN 80-7196-185-X

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Jiří Šťastný.