Efectul fotoelectric extern

Fenomenul

Efectul fotoelectric extern e emisia de electroni de către un metal iluminat cu radiație electromagnetică.

Fizica clasică nu a putut explica ce se observă experimental, iar asta a dus la ipoteza cuantelor.

Legile efectului fotoelectric extern

1. Intensitatea curentului fotoelectric de saturație e direct proporțională cu fluxul luminos (cu intensitatea luminii).
2. Energia cinetică maximă a fotoelectronilor nu depinde de intensitatea luminii, ci doar de frecvența radiației.
3. Efectul se produce doar dacă frecvența depășește o valoare de prag, $\nu_0$, numită frecvență de prag, specifică fiecărui metal.
4. Efectul se produce practic instantaneu, în cel mult $10^{-9}$ s.

Legile 2 și 3 contrazic frontal fizica clasică, după care o lumină oricât de slabă ar trebui să smulgă electroni dacă e lăsată destul timp.

Ipoteza lui Planck

Energia nu se emite și nu se absoarbe continuu, ci în porții discrete, numite cuante:

$E = h \nu$

unde $h = 6{,}626 \cdot 10^{-34}$ J·s este constanta lui Planck.

Ipoteza lui Einstein

Einstein a mers mai departe: lumina nu doar se emite, ci și se propagă și se absoarbe în cuante, numite fotoni. Un foton e absorbit de un singur electron, în întregime sau deloc.

Ecuația lui Einstein

$h \nu = L + E_{c,max}$

• $h\nu$: energia fotonului absorbit;
• $L$: lucrul mecanic de extracție, energia minimă necesară pentru a scoate electronul din metal;
• $E_{c,max}$: energia cinetică maximă a electronului emis.

Frecvența de prag se obține când toată energia se consumă pe extracție:

$h \nu_0 = L \quad \Rightarrow \quad \nu_0 = \frac{L}{h}$

Cum explică ecuația cele patru legi

Greșeli frecvente

1. Se crede că lumina mai intensă dă electroni mai rapizi. Dă mai mulți, nu mai rapizi.
2. Se confundă lucrul de extracție $L$ cu energia cinetică.
3. Se uită că sub frecvența de prag efectul nu se produce deloc, indiferent cât aștepți.