En rigtig fotocelle: Natriums udtrædelsesarbejde

1 · Forudsig

Natriums udtrædelsesarbejde er 2.28 eV, svarende til en tærskelbølgelængde omkring 544 nm (gulgrønt lys). Ville rødt lys (omkring 650 nm) slynge fotoelektroner ud af natrium, uanset hvor kraftigt det er?

• Ja, hvis lyset er kraftigt nok.
• Det afhænger af, hvor længe lyset skinner.
• Nej — rødt lys' fotonenergi ligger under natriums udtrædelsesarbejde, så der udslynges ingen elektroner uanset intensitet.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen sodium-photocell, og tryk på Nulstil. Natriums udtrædelsesarbejde er 2.28 eV.
2. Slå aflæsningerne af fotonenergi og fotoemissionsstatus til.
3. Indstil lysets bølgelængde for hvert forsøg, og notér den maksimale kinetiske energi (0 hvis under tærsklen).

3 · Saml data

Afbild K_max (y-aksen) mod bølgelængde λ (x-aksen) for dine tre forsøg. Ved hvilken bølgelængde rammer K_max nul?

4 · Analysér

1. Beregn for ét forsøg E_γ = hc/λ, derefter K_max = max(0, E_γ − φ) med φ = 2.28 eV. Sammenlign med tabellen — bekræft, at forsøget med den længste bølgelængde giver K_max = 0.
2. Natriums tærskelbølgelængde er λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm. Forklar, hvorfor enhver bølgelængde længere end denne (lavere fotonenergi) aldrig kan slynge en elektron ud af natrium, uanset lysets intensitet.

5 · Udvid

1. Forskellige fotovoltaiske materialer vælges med udtrædelsesarbejder, der matcher solspektret. Forklar, hvorfor et materiale med for HØJT udtrædelsesarbejde ville spilde det meste af solens synlige lys i stedet for at omdanne det til elektricitet.
2. Dette eksperiment viser, at K_max afhænger af bølgelængden (farven), ikke lysstyrken. Hvilken fysisk egenskab ved lyset ændrer sig, hvis du øger lysstyrken ved en fast bølgelængde over tærsklen?

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark