1. Valgust kirjeldatakse kui footonite (valguskvantide) voogu.
2. Footoni energia määratakse valemist E=hf.
3. Fotoefektiks nim elektronide väljalöömist ainest valguse toimel.
Piirsagedust või lainepikkust, mille puhul footoni energia on võrdne elektroni
väljumistööga nim fotoefekti punapiiriks.
Kui fp>f , siis ei esine fotoefekt, kui fp
5. Mis on küllastusvool? Milline tingimus on selle korral täidetud? Kui pinget tõsta, siis voolutugevus kasvab teatud väärtuseni, mida nim. Küllastusvooluks. ( Jk ) Küllastusvoolu tugevus ei sõltu pingest. Siis jõuavad kõik valguse poolt väljalöödud elektronid anoodile. 6. Mis on tõkkepinge? Selleks, et anoodile ei jõuaks ühtegi elektroni, tuleb luua teatud vastupinget, mida nim. Tõkkepingeks (Us) 7. Mida nim. Fotoefekti punapiiriks? + valem Fotoefekti punapiiriks nim. piirsagedus või lainepikkus, mille puhul footoni energia on võrdne elektroni väljumistööga. min = A / h 8. Mis on väljumistöö? Elektronil endal ei ole metallis energiat piisavalt, et väljuda metallist, sest väljumiskohal tekib ju kohe laengu ülejääk, millega tõmmatakse elektron tagasi. Kui aga elektron saab metalli pinnal energiat sinna langevalt footonilt, siis ta võib sealt lahkuda. Footon teebki sel juhul väljumistöö A.
mis põhjustab fotovoolu tekkimise. Voolutugevus sõltub rakendatud pingest. Pinge suurenedes voolutugevus kasvab. Küllastunud vool tekib siis, kui kõik katoodidest väljunud elektronid jõuavad anoodile. Einstein väitis, et valguskvant saab neelduda ainult tervikuna ehk kui elektron neelab footoni, siis elektroni energia suureneb täpselt h*f võrra. h*f=A* ((m*v2)/2) A=väljumistöö m=mass v=kiirus Piirsagedust fp, mille puhul h*fp=A, nimetatakse fotoefekti punapiiriks. fp=A/h Fotoelement-õhutühi klaaskolb Sisepind on kaetud katoodi kihiga, mille väljumistöö on väike Kolvi keskel on traatsilmus anood. Katoodi valgustamisel eralduvad sealt elektronid, mis anoodile liikudes tekitavad elektrivoolu. Footoni energia on määratud talle vastava laine sagedusega. Footonil puudub seisumass. m=(h*f)/c2 Footoni impulss on määratud tema massi ja kiiruse korrutisega. p=m*a
üksnes valguse sagedusest saab seletada lähtudes a) valguse kvantoptikast 2.Fotoefekt on a) elektronide väljalöömine... valguse mõjul 3.Mõnikord võib valgust käsitleda kui osakeste voogu, teinekord aga kui a)elektromagnetlainet 4.Millise järelduse võib teha asjaolust.. c) ... ei saa seletada kõiki füüsikalisi nähtusi. 5. Milline järgnevatest väidetest on tõene? a) kvandi energia = kiiruse sagedus 6. LÜNGAD a) difraktsioon, footonite, interferents 7. Fotoefekti punapiiriks nim. a) vähimat sagedust, mil fotoefekt võib tekkida. 8. Milline järgnevatest väidetest on tõene? a) valgusosakesi e. valguskvante nim. footoniteks. 9.Kvandi energia ühik eV on samaväärne a) 1,6x J 10. Elektronide väljumistöö.. c) Tsingis tekib.. 11. Milline järgmistest vastab tõele? b) Elektronil on nii osakestele iseloomulikud omaduses kui ka laineomadused. 12. a) tähistab A väljumistöödE valgusosakeste (footoni) energia m mass A
aine positiivsete ioonide tõmbejõudude ületamiseks, seda nim väljumistööks. A- väljumistöö on võrdne vähima energia hulgaga, et elektroni ainest välja viia. Mv ruut / 2 kineetiline energia, et elektroni aine pinnalt eemaldada. Fotoefekt esineb ainult siis, kui hf > A. 1 kvant lööb välja 1 elektroni. 6. Mis on fotoefekti punapiir? Piirsagedust või lainepikkust, mille puhul footoni energia on võrdne elektroni väljumistööga, nimetatakse fotoefekti punapiiriks. Fminimaalne on valguse sagedus, mille puhul fotoefekt toimub, on leitav : Hfmin= A, fmin = A/h C= fmin * lambda max. => Lambda max = c/fmin Lambda max on langeva valguse max lainepikkus, mille korral fotoefekt veel toimub. Lambda max = hc/A, (lambdamax)(fmin) = fotoefekti punapiir. Erinevatel ainetel erinev. 7.
2. Metallkatoodist väljalöödud elektronid, sattudes anoodi ja katoodi vahelisse elektrivälja, pannakse väljajõudude mõjul liikuma, mis ongi vooluahelas elektrivoolu tekkimise põhjuseks (tekib fotovool). Seaduspärasused: 1. Vool ahelas ei teki igasuguse lainepikkusega valgusega valgustamisel sõltumata valguse intensiivsusest I. Igale metallile on omane kindel maksimaalne lainepikkus p, mille puhul veel tekib fotovool, mida nimetatakse fotoefekti "punapiiriks". 2. Fotovoolu tugevus If sõltub rakendatud pingest U ja valguse intensiivsusest I. 3. Fotovoolu tugevuse If sõltuvus pingest kaob alates teatud pingest, tekib fotovoolu küllastus. 4. Nõrk fotovool on olemas ka pinge puudumisel, mis kaob teatud vastupinge juures. If I3 I2 I1 1 2 III 3
Kvantoptika Kvantoptika käsitleb valgust, kui footonite voogu. See füüsika haru hakkas tekkima, kui saksa füüsik H.Herz 1887.a. uuris raadiolainete tekitamist elektisädeme abil. Ta pani tähele et elektisäde tekkis paremini kui elektroode valgustati. Asja edasisel uurimisel tehti kindlaks, et valgus vabastab metallist elektrone. Kui laeng puudub tõmmatakse elektron tagasi. kui on positiivne laeng, siis tõmmatakse elektron tagasi. Kui on negatiivne laeng siis tõukejõud aitab elektronil väljuda. Fotoefektiks nimetatakse elektronide "väljalöömist" ainest valguse toimel. Korraldame katse: Anname tsinkplaadile neg. laengu ja valgustame seda (valgustatavaks aineks tuleb valida metall, sest sellel on "vabu elektrone" Tsinkplaadi negatiivne laeng väheneb Asetame valgusvihu vahele klaasi MIS JUHTUB? Tsinkplaadi laeng enam ei muutu MIKS? Põhjus on selles, et klaas neelab suurema sagedusega (lühema lainepikkusega) valgust Siit järeldus:MITT...
ütleb, et footoni energia fotoefekti korral kulub 1) väljumistööks A, st energiaks mis kulub elektroni kättesaamiseks metalli pinnast, 2) elektronile kineetilise eneriga andmiseks ehk tema minemakihutamiseks metalli pinna lähedusest. E = hf = A + mv2/2. Kui hf=A, siis saab arvutada minimaalset footoni võnkesagedust, mille puhul fotoefekt antud metalli korral veel võimalik on fmin=A/h. Seda minimaalset sagedust nimetatakse fotoefekti punapiiriks. Kuna väljumistööd on erinevate ainete puhul erinevad, siis on ka erinevate ainete korral fotoefekti punapiirid erinevad. Sisefotoefekti korral ei lööda elektrone välja laetud keha pinnast, vaid aatomitest. Need muutuvad vabadeks elektronideks, mis võivad kehas tekitada elektrivoolu. Sisefotoefekti leiab kasutamist pooljuhtides. 8. Mis on aatomi energiatase, kuidas see sõltub elektroni orbiidi raadiusest? –
tagasi. Kui aga elektron saab metalli pinnal energiat sinna langevalt footonilt, siis ta võib sealt lahkuda. Footon teebki sel juhul väljumistöö A. Fotoefekti punapiir. Einsteini võrrandist on näha, et fotoefekt saab esineda vaid juhul kui h·f > 0, st kui footonil jätkub energiat väljalöömise tööks või on seda ülegi. Piirsagedust fp, mille puhul h f p = A , st fotoefekt võib toimuda, nimetatakse fotoefekti punapiiriks või ka pikalainepiiraks. Fotoefekti liike on kolm. Siin esitatut nimetatakse välisfotoefektiks. Esinevad veel ka sisefotoefekt (pooljuhtseadmetes) ja tõkkekihtfotoefekt (päikesepatareides).
Fotoefektile andis seletuse A. Einstein, kes väitis, et valguskvant saab neelduda ainult tervikuna. See tähendab, kui elektron neelab footoni siis elektroni energia suureneb täpselt hf võrra. Fotoefektil kehtib seega valem hf =A+mv2 / 2 Fotovoolu tugevus oleneb valguse intensiivsusest ja on seda suurem, mida suurem on intensiivsus. Piirsagedust või lainepikkust, mille puhul footoni energia on võrdne elektroni väljumistööga nimetatakse fotoefekti punapiiriks. Footonid Footoni energia on määratud talle vasava laine sagedusega.Footonil,nagu igal osakesel on mass. Erinevalt teistest osakestest pole footonil seisumassi,st ta ei saa eksisteerida paigalolekus. Footoni massi arvutamine : E=mc2 Footoni, nagu iga liikuva osakese impulss on määratud tema massi ja kiiruse korrutisega p=mc Valguse dualistlik käsitlus Laineteooria kohaselt võib valgust käsitleda kui elektromagnetlainet, mis koosneb kahest
Fotoefekti tekitamiseks peaks aine olema laetud negatiivselt. Sel juhul hakkab välja löödud elektron kehast elektrilise tõukejõu mõjul eemalduma ja keha laeng väheneb. Ka peab ainele langema piisavalt suure sagedusega valgus, et selle kvandid suudaksid ainest elektroni välja lüüa. 6. Mida nimetatakse elektroni väljumistööks? Vähimat energiat, mille arvel ainest tekiks fotoefekt, nimetatakse väljumistööks (A) 7. Mida nimetatakse fotoefekti punapiiriks? Väljumistööle vastava valguse lainepikkust nimetatakse punapiiri lainepikkuseks - see on f suurim valguse lainepikkus, mis antud ainest fotoefekti põhjustab. (punapiiri sagedus - p , on vähim valguse sagedus, mis antud ainest veel elektroni välja lööks). 8. Nimeta fotoefekti kasutusvõimalusi.
elektrone ainest välja. Kui elektronid vabanevad aatomites, aga ei välju tahkest ainest gaasi või vaakumi, on tegu sisefotoefektiga. Fotoefekt tekib enamasti ultravioletse valguse toimel. Pikemalaineline kiirgus (näiteks punane valgus või soojuskiirgus) ei suuda elektrone ainest välja lüüa. Piiri, millest lühema lainepikkusega kiirgus on võimeline fotoefekti tekitama, nimetatakse punapiiriks. Punapiir on aineti erinev ja ei sõltu pinnale langeva valguse intensiivsusest. Kui nõrk ultravioletne valgus tekitab fotoefekti, siis isegi väga ere punane valgus seda ei tee. Ainest valguse poolt väljalöödud fotoelektronide energia on erinev, aga pole kunagi teatud piirväärtusest suurem. Valguse intensiivsuse suurendamine ei suuda kuidagi väljunud elektronide maksimaalset kiirust (st kineetilist energiat) suurendada, küll aga
Kvantoptiks(Voolaid) §12.-§16. 1. Selgita Plancki valemit. Mida see valem seostab? 2. Milles seisneb fotoefekti nähtus? 3. Sõnasta ja selgita fotoefekti kahte seadust. 4. Tunne ja oska kasutada Einsteini fotoefekti valemit ülesannete lahendamisel. 5. Millistel tingimustel on fotoefekt ainest jälgitav? 6. Mida nimetatakse elektroni väljumistööks? 7. Mida nimetatakse fotoefekti punapiiriks? 8. Nimeta fotoefekti kasutusvõimalusi. 9. Oska leida footonite massi, impulssi, energiat, sagedust ja lainepikkust. 10. Millistes nähtuste käitub valgus nagu osake ehk footonina? 11. Kirjelda Comptoni efekti.
spektraalanalüüsiks. Lk 84. Valgust võib kirjeldada kui valguskvandide, footonite voogu. Footonite energia on määratud seosega E=h*f. Lk 90. Fotoefektiks nim elektronide väljalöömist ainest valguse toimel. Fotovoolu tugevus oleneb valguse intensiivsusest ja on seda suurem, mida suurem on intensiivsus. Piirsagedust või lainepikkust, mille puhul footoni energia on võrdne elektroni väljumistööga, nim fotoefekti punapiiriks. Lk 94. Fotoelementides põhjustab valgus elektrivoolu tekkimise või muundatakse valgusenergia elektrienergiaks. Poojuhtides esineva sisefotoefekti korral valgus ei löö elektrone ainest välja, vaid vabastab need aatomeist. Vabad elektronid aga vähendavad aine elektritakistust. Lk 97. Footonil pole seisumassi, ta ei saa eksisteerida paigalolekus. Footonil on impulss. Lk 105.
· Valguse dispersiooniks nim aine absoluutse murdumisnäitaj sõltuvust valguse lainepikkusest. · Valguse spekter näitab, millistest koostisosadest liitvalgus koosneb. KVANTOPTIKA · Fotoefektiks nim elektronide välja löömist ainest valguse toimel. · Footoni energia on määralad, talle vastava laine sagedusega. 2 E= mc , milles E energia m mass c hetke kiirus · Fotoefekti punapiiriks nim piirsagedust või lainepikkust mille puhul footoni energia on võrdne elektronide väljumistööga. fp = A/h · Einsteini valem fotoefekti kohta: hf = A+ mv2/2 , milles h konstant Plancki f kvandi sagedus A elektronide väljumistöö m elektronide massi v elektonide kiirus E=A+mv2/2 · Seos footoni energia ja sageduse vahel: E=mf
Footoni neelamine elektroni poolt, mille tulemusena elektroni energia suureneb sedavõrd, et ta suudab eemalduda positiivsete ioonide tõmbejõudude piirkonnast. Tehtud tööd nimetatakse väljumistööks. Elektronide arv suureneb valguse intensiivsuse suurenedes, kuna sellega kaasneb ajaühikus aine pinnaühikule langenud footonite arvu suurenemine. Valem: hf=A+ mv²/2 (hfvalguskvandi energia, Aväljumistöö, mv²/2väljunud elektroni kin. energia) Fotoefekti punapiiriks nimetatakse piirsagedust f , mille korral hf =A. Aine ehitus Aatomifüüsika Mikromaailma all mõistetakse füüsikas molekulide, aatomite ja elementaarosakeste maailma. Makromaailma moodustavad kehad, mida me suudame vahetult tajuda. Bohri aatomimudel: Aatom on stabiilne ning kiirgab kindlate sagedustega (lainepikkustega) valgust. Neist faktidest järeldub, et kiirgav aatom loovutab energiat portsjonite ehk kvantide kaupa.
Valgustatuseks E nim valgusvoogu, mis jaotub ühtlaselt ühikulisele pinnale. Valgusvooks nim valguseenergia hulka ajaühikus läbi mingi pinna, mida hinnatakse nägemis- aistingu põhjal. 18 Kvantoptika Einsteini võrrand footoni energia võrdub elektroni väljumistöö ja kin energia summaga. Footon valguskvant Fotoefekt elektronide väljumine metallist valguse toimel. Punapiiriks nim piirsagedust või lainepikkust, mille puhul footoni energia on võrdne elektroni väljumistööga ainest. 19 Aatomfüüsika Spekter värvuste riba punasest violetseni. Spektraalanalüüs mingilt kehalt peegelduvate spektrivärvuste järgi keha koositsainete kindlakstegemine. Bohri aatomimudel kujutab endast mikrosüsteemi, kus aine on koondunud positiivse laenguga
Kui aga elektron saab metalli pinnal energiat sinna langevalt footonilt, siis ta võib sealt lahkuda. Footon teebki sel juhul väljumistöö A. Fotoefekti punapiir. Einsteini võrrandist on näha, et fotoefekt saab esineda vaid juhul kui h·f > 0, st kui footonil jätkub energiat väljalöömise tööks või on seda ülegi. Piirsagedust f p, mille puhul h f p = A , st fotoefekt võib toimuda, nimetatakse fotoefekti punapiiriks või ka pikalainepiiraks. Fotoefekti liike on kolm. Siin esitatut nimetatakse välisfotoefektiks. Esinevad veel ka sisefotoefekt (pooljuhtseadmetes) ja tõkkekihtfotoefekt (päikesepatareides). 5. kursus AINE STRUKTUUR Aatomifüüsika Bohri aatomimudel. 1911 esitas Ernest Rutherford aatomi planetaarse mudeli, millega kaasnesid kohe raskused. 1913 esitas Nils Bohr aatomimudeli, mis osutus vahepealseks üleminekumudeliks mehhanistlikult mudelilt tänapäevasele aatomimudelile
Kui aga elektron saab metalli pinnal energiat sinna langevalt footonilt, siis ta võib sealt lahkuda. Footon teebki sel juhul väljumistöö A. Fotoefekti punapiir. Einsteini võrrandist on näha, et fotoefekt saab esineda vaid juhul kui h·f > 0, st kui footonil jätkub energiat väljalöömise tööks või on seda ülegi. Piirsagedust f p, mille puhul h f p = A , st fotoefekt võib toimuda, nimetatakse fotoefekti punapiiriks või ka pikalainepiiraks. Fotoefekti liike on kolm. Siin esitatut nimetatakse välisfotoefektiks. Esinevad veel ka sisefotoefekt (pooljuhtseadmetes) ja tõkkekihtfotoefekt (päikesepatareides). 5. kursus AINE STRUKTUUR Aatomifüüsika Bohri aatomimudel. 1911 esitas Ernest Rutherford aatomi planetaarse mudeli, millega kaasnesid kohe raskused. 1913 esitas Nils Bohr aatomimudeli, mis osutus vahepealseks üleminekumudeliks mehhanistlikult mudelilt tänapäevasele aatomimudelile
Muutumatu valgusvoo tekitatud V suurimat fotovoolu tugevust nimetatakse küllastusvooluks. Küllastusvool tekib nendel pingetel, mille puhul kõik valgusvoo poolt plaadist väljalöödud elertronid jõuavad võrele. Edasi selgitati katsete varal, et fotoefekt esineb pealelangeva valgusvoo kindlast lainepikkusest väiksemate lainepikkuste korral, mis iga metalli puhul on erinev. Seda lainepikkust ( või temale vastavat sagedust ) nimetatakse fotoefekti punapiiriks vastava metalli jaoks. Punapiirist lühemad lainepikkused (suuremad sagedused) fotoefekt toimib. Leelismetallides punane piir asub spektri nähtavas osas, teistel metallidel aga ultravioletses osas. Kasutades kujutlust footonitest, lõi Einstein fotoefekti teooria. Vastavalt sellele teooriale lööb footon metallile langedes sealt välja ühe elektroni. Footoni energia hf kulub seejuures tööks A ( J ), mida tuleb teha elektroni väljatoomiseks metallist -
a. kasutades valguskvandi mõistet. Tema järgi kvandienergia kulub elektroni väljalöömiseks ning selle liikumapanemiseks: hf = A + mv2/2, kus h on Plancki konstant, f - valguslaine sagedus, A väljumistöö, v väljalöödud elektroni kiirus ja m selle mass. Väljumistöö kulub elektroni viimiseks läbi metalli pinna kohal oleva elektronpilve ja positiivsete ioonide mõjust vabanemiseks. Kui hf < A, siis pole fotoefekt võimalik. Sagedust, mille korral on hf = A, nimetatakse punapiiriks. See on valguse lainepikkus, millest suuremad lainepikkused fotoefekti ei tekita. Tavaliselt on see UV piirkonnas , tsingil näiteks 300 nm. Välisfotoefekti kasutatakse valguse mõõtmise seadmetes: fotoelemendid, fotoelektronkordistid . 52 Vaakumfotoelement Vaakumballooni pinnale kantud katoodi (K) valgustamisel lüüakse sealt välja elektrone, mis liiguvad tänu elektriväljale anoodile (A)
annaabi.ee 
