Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

Ones o partícules?L’efecte fotoelèctric,

interpretació de Einstein del 1905

Núria Ferrer AngladaUniversitat Politècnica de Catalunya

Societat Catalana de Física, IEC

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

Índex

• 1 – Ones o partícules– la llum = una ona electromagnètica– partícula = corpuscle: electrons, àtoms, boles de billar…

• 2 – Planck (1900), E= hf• 3 – l’Eecte fotoelèctric• - l’experiment• - observacions de Hertz, 1887• - Lenard, 1902• 4 – Interpretació de Einstein, 1905• 5 – Millikan, 1915: comprovació experimental• 6 – dualitat ona – partícula• 7 – exemples, consequències

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

L’efecte fotoelèctric

L’electròmetre (al centre) es connecta a la placa metal.lica, per mesurar el seu potencial elèctric. La font de tensió ( a la dreta) permet carregar la placa metal.lica, establint un potencial V negatiu de mes de 1000V respecte a terra.

S’utilitzen diferents fonts de llum ( a l’esquerra): una làmpada incandescent, llum ultraviolada, llum de diferents frequències, f

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

-Observacions de Hertz, 1887

• Hertz– La llum facilita la detecció de les ones electromagnètiques

(s’observen guspires més grans als ressonadors). – Una làmina de vidre interposada entre emisor i ressonador

apantalla aquest efecte. Però una làmina de quartz no.

– La llum (radiació ultraviolada) afavoreix la detecció de les ones EM. El quartz és transparent a la llum ultraviolada, però el vidre no.

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

Experiment de Millikan

• Amb aquest experiment de laboratori es pot estudiar l’efecte fotoelèctric amb tres metalls diferents de fàcil extracció d’electrons: sodi, cesi i plata (dins d’una ampolla de buit). Les seves energies d’extracció son respectivament: 2.75, 2.14 i 4.26 eV. Es pot canviar la freqüència de la llum (color) i també la seva intensitat (potència de la làmpada) També es pot canviar el potencial aplicat al càtode (metall). El corrent fotoelèctric resultant és mesurat i indicat a l’escala de dalt)

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

-Observacions de Lenard, 1902

• P.V. Lenard: l’experiment fotoelèctric, amb llum de diferents freqüències f

- Per algunes f massa baixes no hi ha efecte fotoelèctric- Quan n’hi ha, la intensitat del corrent és proporcional a

la intensitat de llum incident i no ho és a la f de la llum- La màxima Ec dels electrons que es desprenen del

càtode queda determinada per la freqüència f de la llum

1899, J.J. Thomson va descobrir l’electró:els raigs catòdics són electrons, amb càrrega –e i massa m.

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

L’efecte fotoelèctric: interpretació d’Einstein

• Si l’energia de la llum, de freqüència f, (dels fotons) = hf• Els electrons absorbeixen els fotons, tal com en un xoc

de partícules.• gasten energia hfº per sortir del metall• Els hi queda energia cinètica, Ec

hf = hfº + Ec

Universitat Catalana d’Estiu, Prada de Conflent, 22-26 d’Agost del 2005

Millikan, 1915: comprovació experimental

• Dades experimentals