foto elektrisch effect
Ilse stelde deze vraag op 19 februari 2022 om 11:40.Hoi,
Ik snap iets niet. Hoe komt het dat als de spanning 0 is, er toch een stroomsterkte is? En zou ik uit deze diagram ook de uitree energie kunnen bepalen?
Reacties
Theo de Klerk
op
19 februari 2022 om 12:14
Spanning 0 V stroom 0 A is alleen in een stroomkring zo als de batterij de spanning/stroombron is.
Hier wordt van buitenaf met fotonen op een trefplaatje geschoten waardoor elektronen loskomen. Bij geen elektrisch veld dat ze in een bepaalde richting duwt/trekt (in dit geval: terug naar het trefplaatje) zullen een aantal elektronen op de anode terecht komen en daarmee een ladingstransport (=stroom) tussen trefplaat kathode en vangplaat anode tot stand brengen.
Hier wordt van buitenaf met fotonen op een trefplaatje geschoten waardoor elektronen loskomen. Bij geen elektrisch veld dat ze in een bepaalde richting duwt/trekt (in dit geval: terug naar het trefplaatje) zullen een aantal elektronen op de anode terecht komen en daarmee een ladingstransport (=stroom) tussen trefplaat kathode en vangplaat anode tot stand brengen.
Jaap
op
19 februari 2022 om 13:12
Dag Ilse,
Je kunt de situatie zien als een gesloten stroomkring bestaande uit
a. de fotocel met kathode en anode waarin het foto-elektrisch effect optreedt
b. de ampèremeter die de stroomsterkte I van de verticale as meet
c. een variabele spanningsbron waarvan de spanning Uvar op de horizontale as staat
Deze drie zijn in serie geschakeld.
Eerst zetten we de variabele spanningsbron c op Uvar=0 V. Die kan stroom doorlaten, maar doet zelf niks. Als er fotonen met voldoende energie-per-foton op de kathode in de fotocel vallen, worden er elektronen uit vrijgemaakt. Een deel ervan belandt op de anode in de fotocel. Deze beweging van elektronen is een elektrische stroom I: zie de reactie van Theo. De fotocel is nu zelf de spanningsbron die de elektrische stroom I op de verticale as veroorzaakt. Tot zover je eerste vraag.
Je kunt uit het diagram de uittree-energie bepalen als je de energie Ef=h·f=h·c/λ van de fotonen weet. Deze Ef is het startkapitaal. In de fotocel wordt het kapitaal opgemaakt aan
1. de uittree-energie Eu van de elektronen die uit het kathodemetaal komen plus
2. de kinetische energie Ek van de elektronen die uit de kathode komen
Zie Binas tabel 24 en 35E2. In de laatste is sprake van de uittree-arbeid Wu in plaats van de uittree-energie Eu; deze zijn even groot.
Met het diagram kun je de kinetische energie van de vrijgemaakte elektronen bepalen. Maak de variabele spanning Uvar langzaam meer negatief. De overstekende elektronen verliezen tussen kathode en anode een energie Ee=q·Uvar. Als Uvar meer negatief wordt, verliezen de elektronen meer energie en slagen minder elektronen erin om de anode te bereiken. Zodoende geeft de ampèremeter een afnemende stroomsterkte te zien. Als Uvar voldoende negatief is geworden, verliezen de elektronen alle kinetische energie waarmee ze elektronen uit de kathode komen, komt er geen elektron meer op de anode en is I=0 A. Dan geldt Ek=q·Uvar.
Je meet de frequentie f van de fotonen en je meet Uvar waarbij I juist nul wordt. Met de formule uit Binas kun je vervolgens de uittree-arbeid of uittree-energie berekenen.
Er is alleen een foto-elektrisch effect als de fotonen voldoende energie Ef hebben om elektronen los te maken uit het metaalrooster van de kathode → vereist is Ef≥Wu. Vandaar de 'grens'frequentie en 'grens'golflengte in Binas tabel 24.
Groet, Jaap
Je kunt de situatie zien als een gesloten stroomkring bestaande uit
a. de fotocel met kathode en anode waarin het foto-elektrisch effect optreedt
b. de ampèremeter die de stroomsterkte I van de verticale as meet
c. een variabele spanningsbron waarvan de spanning Uvar op de horizontale as staat
Deze drie zijn in serie geschakeld.
Eerst zetten we de variabele spanningsbron c op Uvar=0 V. Die kan stroom doorlaten, maar doet zelf niks. Als er fotonen met voldoende energie-per-foton op de kathode in de fotocel vallen, worden er elektronen uit vrijgemaakt. Een deel ervan belandt op de anode in de fotocel. Deze beweging van elektronen is een elektrische stroom I: zie de reactie van Theo. De fotocel is nu zelf de spanningsbron die de elektrische stroom I op de verticale as veroorzaakt. Tot zover je eerste vraag.
Je kunt uit het diagram de uittree-energie bepalen als je de energie Ef=h·f=h·c/λ van de fotonen weet. Deze Ef is het startkapitaal. In de fotocel wordt het kapitaal opgemaakt aan
1. de uittree-energie Eu van de elektronen die uit het kathodemetaal komen plus
2. de kinetische energie Ek van de elektronen die uit de kathode komen
Zie Binas tabel 24 en 35E2. In de laatste is sprake van de uittree-arbeid Wu in plaats van de uittree-energie Eu; deze zijn even groot.
Met het diagram kun je de kinetische energie van de vrijgemaakte elektronen bepalen. Maak de variabele spanning Uvar langzaam meer negatief. De overstekende elektronen verliezen tussen kathode en anode een energie Ee=q·Uvar. Als Uvar meer negatief wordt, verliezen de elektronen meer energie en slagen minder elektronen erin om de anode te bereiken. Zodoende geeft de ampèremeter een afnemende stroomsterkte te zien. Als Uvar voldoende negatief is geworden, verliezen de elektronen alle kinetische energie waarmee ze elektronen uit de kathode komen, komt er geen elektron meer op de anode en is I=0 A. Dan geldt Ek=q·Uvar.
Je meet de frequentie f van de fotonen en je meet Uvar waarbij I juist nul wordt. Met de formule uit Binas kun je vervolgens de uittree-arbeid of uittree-energie berekenen.
Er is alleen een foto-elektrisch effect als de fotonen voldoende energie Ef hebben om elektronen los te maken uit het metaalrooster van de kathode → vereist is Ef≥Wu. Vandaar de 'grens'frequentie en 'grens'golflengte in Binas tabel 24.
Groet, Jaap
Jan van de Velde
op
19 februari 2022 om 15:43
Dag Ilse,
om al die woorden hierboven handen en voeten te geven:
"speel" eens met deze applet:
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric
Laden duurt even tenzij je de java-runtime versie kiest, maar ja, niet alle computers hebben nog java-runtime. De CheerPJ optie die de oorspronkelijke applet "vertaalt"voor html levert bij laden wat vertraging op.
En dan zoals bij elk experiment natuurlijk steeds maar aan één parameter gelijk gaan zitten veranderen.
Het antwoord op je vraag:
om al die woorden hierboven handen en voeten te geven:
"speel" eens met deze applet:
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric
Laden duurt even tenzij je de java-runtime versie kiest, maar ja, niet alle computers hebben nog java-runtime. De CheerPJ optie die de oorspronkelijke applet "vertaalt"voor html levert bij laden wat vertraging op.
En dan zoals bij elk experiment natuurlijk steeds maar aan één parameter gelijk gaan zitten veranderen.
Het antwoord op je vraag:
Ilse
Hoe komt het dat als de spanning 0 is, er toch een stroomsterkte is?
zal duidelijk worden, evenals wèlke spanning dan 0 is in het geval dat jij bedoelt.
Groet, Jan