فتوسل واقعی: تابع کار سدیم
1 · پیشبینی
تابع کار سدیم 2.28 eV است، متناظر با طول موج آستانهای حدود 544 nm (نور زرد-سبز). آیا نور قرمز (حدود 650 nm) هر قدر هم روشن باشد، فوتوالکترونی از سدیم میکَند؟
- بله، اگر نور بهاندازهٔ کافی روشن باشد.
- به این بستگی دارد که نور چقدر بتابد.
- نه — انرژی فوتون نور قرمز زیر تابع کار سدیم است، پس بیتوجه به شدت، هیچ الکترونی جهیده نمیشود.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم فتوسل سدیمی را باز کنید و Reset بزنید. تابع کار سدیم 2.28 eV است.
- قرائتهای انرژی فوتون و وضعیت گسیل فوتوالکتریک را فعال کنید.
- طول موج نور را برای هر آزمایش تنظیم کنید و بیشینهٔ انرژی جنبشی (0 اگر زیر آستانه) را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| طول موج λ (nm) | انرژی فوتون E_γ (eV) | بیشینهٔ انرژی جنبشی K_max (eV) |
|---|---|---|
| 450.00 | ||
| 500.00 | ||
| 550.00 |
برای سه آزمایش، K_max (محور y) را بر حسب طول موج λ (محور x) رسم کنید. در چه طول موجی K_max صفر میشود؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، E_γ = hc/λ و سپس K_max = max(0, E_γ − φ) را با φ = 2.28 eV حساب کنید. با جدول مقایسه کنید — تأیید کنید آزمایشِ بلندترین طول موج K_max = 0 میدهد.
- طول موج آستانهٔ سدیم λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm است. توضیح دهید چرا هر طول موج بلندتر از این (انرژی فوتون کمتر)، فارغ از شدت نور، هرگز نمیتواند الکترونی را از سدیم بیرون پرتاب کند.
5 · گسترش
- مواد فوتوولتائیک متفاوتی برگزیده میشوند که توابع کارشان با طیف خورشید همخوان باشد. توضیح دهید چرا مادهای با تابع کار «بسیار بالا» بیشتر نور مرئی خورشید را بهجای تبدیل به برق هدر میداد.
- این آزمایش نشان میدهد K_max به طول موج (رنگ) بستگی دارد، نه روشنایی. اگر روشنایی را در طول موج ثابتی بالای آستانه زیاد کنید، کدام خاصیت فیزیکی نور «واقعاً» تغییر میکند؟
فیزیک پشت این آزمایش
رفتار آستانهای
K_max = max(0, E_γ − φ): زیر تابع کار، فارغ از شدت، هیچ فوتوالکترونی گسیل نمیشود — آستانهای تیز که تصویر صرفاً کلاسیک (موجی) نور نمیتواند توضیحش دهد.