An Iarmhairt Fhótaileictreach
Dá solas ar dhromchla miotail agus, faoi na coinníollacha cearta, caithfidh sé leictreoin amach — toradh aisteach go-daor nuair a d'fhéach an fhisic chlasaiceach chun é a mhíniú. Thuar teoiric na dtonn na haoise naoi haois déag go mbeadh solas níos doimhne fós in ann leictreoin a astarraing, níos moille go leor, le go leor ama chun fuinnimh a bhailiú. Taispeáin turgnaimh fhíor an t-aoise eile: faoi bhun minicíochta gearrtha ghéar, níl aon mhéid déine ná fanacht in ann leictreon amháin a tháirgeadh, ach go fiú an tsolas is caoláinne os cionn na minicíochta sin astarraingíonn leictreoin láithreach. Míniú Einstein 1905 — go dtagann solas féin i bpacáistí scoite fuinnimh, ar a dtugadh fótóin ina dhiaidh sin — a réitigh an t-iochtar agus a tháinig chun bheith ar cheann de bhuntorthaí bunaithe na meicnice candamaí, ar bhuaigh sé Duais Nobel 1921 san Fhisic dó.
Ní bhuailann solas miotal mar thonn réidh — tagann sé in imill bheaga ar a dtugtar fótóin, gach ceann ag iompar méid fuinnimh dhaingean. Ní éalaíonn leictreon ach má tá fuinneamh aon fhótóin amháin ar a laghad chomh mór le feidhm oibre an mhiotail — an fuinneamh a choinníonn an leictreon ina áit de ghnáth. Bíonn an fuinneamh atá fágtha ina fhuinneamh cineiteach an leictreon de réir mar a eitlíonn sé amach.
An fhoirmle
KEₘₐₓ = h · f − φ
- KEₘₐₓ — fuinneamh cineiteach uasta (eV): an fuinneamh is mó a iompraíonn leictreon astaithe amach
- h — tairiseach Planck (eV·s): tairiseach beag a nascann minicíocht fhótóin lena fhuinneamh
- f — minicíocht (Hz): cé mhéad tonn solais a thagann in aghaidh an tsoicind
- φ — feidhm oibre (eV): an fuinneamh íosta is gá chun leictreon a tharraingt saor ón miotal
Sampla oibreáilte
Tá fuinneamh 3.1 eV ag fótón a bhuaileann dromchla sóidiam. Is í feidhm oibre sóidiam 2.1 eV. Cad é an fuinneamh cineiteach uasta leictreon astaithe?
- hf = 3.1 eV
- φ = 2.1 eV
- KEₘₐₓ = h · f − φ
- KEₘₐₓ = 3.1 eV − 2.1 eV
KEₘₐₓ = 1.0 eV
Cuir tástáil ort féin
Anois athraítear foinse an tsolais do cheann le minicíocht níos airde, a thugann fótóin d’fhuinneamh 3.6 eV chuig dromchla na sóidiam céanna (feidhm oibre fós ag 2.1 eV). Cad é an fuinneamh cineiteach uasta nua?
- 5.7 eV
- Freagra ceart: 1.5 eV
- 1.0 eV
Sea! KEₘₐₓ = 3.6 eV − 2.1 eV = 1.5 eV.
Céad go bhfuil fuinneamh an fhótóin hf níos lú ná feidhm oibre an mhiotail φ. Cad a tharlaíonn?
- Astaítear an leictreon ach níos moille
- Astaítear an leictreon le fuinneamh cineiteach diúltach
- Freagra ceart: Ní éalaíonn aon leictreon ar chor ar bith
Ceart — faoin bhfeidhm oibre, ní féidir le haon fhótón amháin go leor fuinnimh a sholáthar, mar sin ní éalaíonn aon leictreon, beag beann ar cé chomh geal is atá an solas.
Cén áit a bhfeiceann tú é seo
Is é an tionchar seo ag obair dá shaol ar ghrianán ar dhíon: buaileann fótóin na gréine an tsileacan, gach ceann acu ag scaoileadh aon leictreon amháin ar a mhéad, agus sreabann na leictreoin shaorraithe seo amach mar shruth. Oibríonn soilse sráide a mhothaíonn dorcha, agus doirse sean-fhótachill, ar an mhalartú céanna — fótón amháin in aghaidh an leictreon.
Botúin choitianta
Is é an botún clasaiceach ná go gcroitheadh solas níos gile leictreoin níos láidre amach — ní dheánann déine ach NÍOS MÓ leictreon a tháirgeadh; brathann fuinneamh gach ceann acu ar mhinicíocht an fhótóin amháin, trí KEₘₐₓ = h · f − φ. Agus faoin tairseach ní tharlaíonn aon rud, beag beann ar cé chomh geal is atá an gath: ní féidir le fuinneamh cineiteach a bheith diúltach, mar sin má tá hf níos lú ná an fheidhm oibre φ, ní imeoidh aon leictreon ar chor ar bith. Os cionn na tairseach, déan dealú: astairtear leictreoin d’fhuinneamh 1.5 eV ag fótóin 3.6 eV ar shóidiam (φ = 2.1 eV).
Conas a nascann sé
Is é seo an chéad scoilt ar fhisic chlasaiceach — solas ag iompar mar cháithníní — agus an doras isteach ar mhodúl na fisice nua-aimseartha ar fad: léiríonn scaipeadh Compton, atá romhainn, go n-iompraíonn na fótóin sin móimintim ar nós liathróidí billeaird, agus tosaíonn dé-achtachas tonn-cáithnín a chríochnaíonn ina thonnta ábhartha anseo go díreach.