ฟิสิกส์ยุคใหม่
โฟโตเซลล์โซเดียม
โฟตอน 500 nm ที่ตั้งไว้ (2.48 eV) เหนือ 2.28 eV โฟตอนเส้น D ของโซเดียม 589 nm (~2.1 eV) ไม่ปล่อยอิเล็กตรอนในแบบจำลองนี้
โฟโตเซลล์โซเดียม — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ โฟตอน 500 nm ที่ตั้งไว้ (2.48 eV) เหนือ 2.28 eV โฟตอนเส้น D ของโซเดียม 589 nm (~2.1 eV) ไม่ปล่อยอิเล็กตรอนในแบบจำลองนี้ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
I–V ของโฟโตเซลล์
500 นาโนเมตร (2.48 eV) ปล่อย; 589 นาโนเมตร (~2.1 eV) ไม่ปล่อย
โฟตอนที่กำหนด 500 นาโนเมตร (2.48 eV) เกิน 2.28 eV; โฟตอนเส้น D โซเดียม 589 นาโนเมตร (~2.1 eV) ไม่ปล่อยในแบบจำลองนี้
- φ สำหรับโซเดียม
- λ ของเส้นสีเหลือง
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ฟังก์ชันงานของโซเดียมคือ 2.28 eV สอดคล้องความยาวคลื่นเกณฑ์ราว 544 nm (แสงเหลือง-เขียว) แสงสีแดง (ราว 650 nm) จะดีดโฟโตอิเล็กตรอนออกจากโซเดียมหรือไม่ ไม่ว่าจะสว่างแค่ไหน
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ใช่ ถ้าแสงสว่างพอ
- ขึ้นกับว่าแสงส่องนานเพียงใด
- ไม่ — พลังงานโฟตอนของแสงแดงต่ำกว่าฟังก์ชันงานของโซเดียม จึงไม่มีอิเล็กตรอนถูกดีดออกไม่ว่าความเข้มเท่าใด
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ความยาวคลื่น λ (nm)
สิ่งที่คุณวัด:
- พลังงานโฟตอน E_γ (eV)
- พลังงานจลน์สูงสุด K_max (eV)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ sodium-photocell แล้วกดรีเซ็ต ฟังก์ชันงานของโซเดียมคือ 2.28 eV
- เปิดค่าแสดงพลังงานโฟตอนและสถานะการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน
- ตั้งความยาวคลื่นของแสงในแต่ละรอบแล้วบันทึกพลังงานจลน์สูงสุด (0 ถ้าต่ำกว่าเกณฑ์)
สมการควบคุม
พฤติกรรมขีดเริ่ม — K_max = E − φ
K_max = max(0, E_γ − φ): ต่ำกว่าฟังก์ชันงาน จะไม่มีอิเล็กตรอนโฟโตอิเล็กทริกถูกปล่อยออกมาไม่ว่าความเข้มจะเป็นเท่าใด เป็นขีดเริ่มที่คมชัดซึ่งภาพคลาสสิกล้วน ๆ (คลื่น) ของแสงอธิบายไม่ได้
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ E_γ = hc/λ แล้วหา K_max = max(0, E_γ − φ) โดยใช้ φ = 2.28 eV เทียบกับตาราง และยืนยันว่ารอบที่ความยาวคลื่นยาวที่สุดให้ K_max = 0
- ความยาวคลื่นขีดเริ่มของโซเดียมคือ λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm จงอธิบายว่าทำไมความยาวคลื่นใด ๆ ที่ยาวกว่านี้ (พลังงานโฟตอนต่ำกว่า) จึงไม่มีวันดีดอิเล็กตรอนออกจากโซเดียมได้ ไม่ว่าความเข้มของแสงจะมากเพียงใด
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- วัสดุโฟโตโวลตาอิกต่างชนิดถูกเลือกให้ฟังก์ชันงานเข้ากับสเปกตรัมดวงอาทิตย์ อธิบายว่าเหตุใดวัสดุที่ฟังก์ชันงาน “สูงเกินไป” จึงทิ้งแสงที่มองเห็นของดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่โดยไม่เปลี่ยนเป็นไฟฟ้า
- การทดลองนี้แสดง K_max ขึ้นกับความยาวคลื่น (สี) ไม่ใช่ความสว่าง สมบัติทางกายภาพใดของแสงที่ “เปลี่ยน” เมื่อเพิ่มความสว่างที่ความยาวคลื่นคงที่เหนือเกณฑ์
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ โฟโตเซลล์โซเดียม
- เลือกโฟโตเซลล์
- กดเล่น
- ฟังก์ชันงานโซเดียม
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ