Het foto-elektrisch effect (quantum)

Onderwerp: Quantumwereld

Stroomsterkte en spanning bij het foto-elektrisch effect

Deze opgave komt uit de lesmethode Nova Natuurkunde 6 vwo|gymnasium, uit het hoofdstuk Quantumwereld. Uitgeverij: Malmberg.

Je gebruikt de opstelling uit figuur 1 om het foto-elektrisch effect te bestuderen. Bij een bepaalde belichting van de kathode meet je voor verschillende spanningen de stroom die gaat lopen (figuur 2).

Foto-elektrisch-effect_figuur_1
Figuur 1: Opstelling om het foto-elektrisch effect te bestuderen
Foto-elektrisch-effect_figuur_2
Figuur 2: De stroomsterkte als gevolg van de bronspanning in figuur 1
Vraag a. Leg kort uit wat het foto-elektrisch effect is.

Bij het foto-elektrisch effect worden elektronen door elektromagnetische straling vrijgemaakt uit een vaste stof (bijvoorbeeld een metaal).

Vraag b. Leg uit waarom de stroom na een bepaalde spanning niet meer toeneemt.

Alle elektronen die worden vrijgemaakt, halen bij die spanning de overkant (anode). Bij een nog hogere spanning is dat nog steeds zo, maar er kunnen niet meer elektronen de anode bereiken dan er worden vrijgemaakt.

Vraag c. Hoe komt het dat de stroom niet nul is bij een spanning van nul?

De elektronen komen met een bepaalde energie, en dus een bepaalde snelheid uit de kathode. Ook zonder spanning zal het deel van de elektronen dat in de goede richting beweegt de anode bereiken.

Vraag d. Hoe komt het dat de stroom niet maximaal is als de spanning nul is?

De elektronen komen met een bepaalde snelheid uit het metaal, maar de richting ligt niet vast. Er gaan ook elektronen de verkeerde kant op, zodat ze de anode missen.

Vraag e. Neem het diagram van figuur 2 over in je schrift. Teken voor de volgende vragen in hetzelfde diagram de grafiek die je verwacht te meten:
1. als de intensiteit van de lichtbron toeneemt;
2. als je een fotocel gebruikt met een lagere uittree-energie;
3. als je licht met een grotere golflengte op de fotocel laat vallen.

Zie figuur 3. Bij 1 ligt de grafiek hoger. Bij 2 begint de grafiek verder naar links. Bij 3 is er geen grafiek, want er gebeurt niets; de fotonen hebben te weinig energie.

Foto-elektrisch-effect_figuur_3
Figuur 3: Het foto-elektrisch effect in verschillende situaties