Moderna fizika

Natrijeva fotocelica

Nastavljeni fotoni 500 nm (2.48 eV) presegajo 2.28 eV; fotoni natrijeve D-črte 589 nm (~2.1 eV) v tem modelu ne izsevajo.

Natrijeva fotocelica — interaktivna simulacija Moderna fizika. Nastavljeni fotoni 500 nm (2.48 eV) presegajo 2.28 eV; fotoni natrijeve D-črte 589 nm (~2.1 eV) v tem modelu ne izsevajo. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.

I–V fotocelice

500 nm (2.48 eV) izseva; 589 nm (~2.1 eV) ne.

Nastavljeni fotoni 500 nm (2.48 eV) presegajo 2.28 eV; fotoni natrijeve D-črte 589 nm (~2.1 eV) v tem modelu ne izsevajo.

• φ za natrij
• Rumena črta λ

Oris preiskave

Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij

Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.

Vodilno vprašanje

Izstopno delo natrija je 2,28 eV, kar ustreza pragovni valovni dolžini okoli 544 nm (rumeno-zelena svetloba). Ali bi rdeča svetloba (okoli 650 nm) izvrgla kakšen fotoelektron iz natrija, ne glede na to, kako svetla je?

Predvidevanja za pretehtanje

• Da, če je svetloba dovolj svetla.
• Odvisno od tega, kako dolgo svetloba sije.
• Ne — energija fotona rdeče svetlobe je pod izstopnim delom natrija, zato ni izvrženih elektronov, ne glede na jakost.

Vloge spremenljivk

Kaj nastaviš:

• Valovna dolžina λ (nm)

Kaj izmeriš:

• Energija fotona E_γ (eV)
• Največja kinetična energija K_max (eV)

Kako poteka preiskava

1. Odpri prednastavitev sodium-photocell in pritisni Ponastavi. Izstopno delo natrija je 2,28 eV.
2. Omogoči odčitka energije fotona in stanja fotoemisije.
3. Nastavi valovno dolžino svetlobe za vsak poskus in zabeleži največjo kinetično energijo (0, če pod pragom).

Vodilna enačba

Obnašanje pri prag — K_max = E − φ

K_max = max(0, E_γ − φ): pod izstopnim delom ni izsevanih fotoelektronov, ne glede na jakost — oster prag, ki ga čisto klasična (valovna) slika svetlobe ne more razložiti.

Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati

• Za en poskus izračunaj E_γ = hc/λ, nato K_max = max(0, E_γ − φ) s φ = 2.28 eV. Primerjaj s tabelo — potrdi, da poskus z najdaljšo valovno dolžino da K_max = 0.
• Pragovna valovna dolžina natrija je λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm. Razloži, zakaj katera koli daljša valovna dolžina (nižja energija fotona) nikoli ne more izvrgti elektrona iz natrija, ne glede na jakost svetlobe.

Kje se to pokaže onkraj laboratorija

• Različni fotovoltaični materiali so izbrani tako, da imajo izstopna dela, uglašena na sončni spekter. Razloži, zakaj bi material s PREVISOKIM izstopnim delom zapravljal večino vidne svetlobe sonca namesto da bi jo pretvoril v elektriko.
• Ta poskus pokaže, da je K_max odvisna od valovne dolžine (barve), ne svetlosti. Katera fizikalna lastnost svetlobe SE spremeni, če povečaš svetlost pri fiksni valovni dolžini nad pragom?

• AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
• IB Physics — E.2 Quantum physics
• General High School Physics — Modern physics intro
• NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light

1. Dobrodošli pri natrijevi fotocelici
2. Izberi fotocelico
3. Pritisni Predvajaj
4. Izstopno delo natrija
5. Odpri ploščo Lastnosti
6. Uspelo ti je!

Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.

Odpri interaktivni laboratorij →

Prenesi delovni list →

Fotoelektrični pojav