โฟโตเซลล์จริง ฟังก์ชันงานของโซเดียม
1 · ทำนาย
ฟังก์ชันงานของโซเดียมคือ 2.28 eV สอดคล้องความยาวคลื่นเกณฑ์ราว 544 nm (แสงเหลือง-เขียว) แสงสีแดง (ราว 650 nm) จะดีดโฟโตอิเล็กตรอนออกจากโซเดียมหรือไม่ ไม่ว่าจะสว่างแค่ไหน
- ใช่ ถ้าแสงสว่างพอ
- ขึ้นกับว่าแสงส่องนานเพียงใด
- ไม่ — พลังงานโฟตอนของแสงแดงต่ำกว่าฟังก์ชันงานของโซเดียม จึงไม่มีอิเล็กตรอนถูกดีดออกไม่ว่าความเข้มเท่าใด
2 · จัดเตรียม
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ sodium-photocell แล้วกดรีเซ็ต ฟังก์ชันงานของโซเดียมคือ 2.28 eV
- เปิดค่าแสดงพลังงานโฟตอนและสถานะการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน
- ตั้งความยาวคลื่นของแสงในแต่ละรอบแล้วบันทึกพลังงานจลน์สูงสุด (0 ถ้าต่ำกว่าเกณฑ์)
3 · เก็บข้อมูล
| ความยาวคลื่น λ (nm) | พลังงานโฟตอน E_γ (eV) | พลังงานจลน์สูงสุด K_max (eV) |
|---|---|---|
| 450.00 | ||
| 500.00 | ||
| 550.00 |
พล็อต K_max (แกน y) กับความยาวคลื่น λ (แกน x) จากสามรอบการทดลอง K_max เป็นศูนย์ที่ความยาวคลื่นใด
4 · วิเคราะห์
- 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
5 · ต่อยอด
- วัสดุโฟโตโวลตาอิกต่างชนิดถูกเลือกให้ฟังก์ชันงานเข้ากับสเปกตรัมดวงอาทิตย์ อธิบายว่าเหตุใดวัสดุที่ฟังก์ชันงาน “สูงเกินไป” จึงทิ้งแสงที่มองเห็นของดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่โดยไม่เปลี่ยนเป็นไฟฟ้า
- การทดลองนี้แสดง K_max ขึ้นกับความยาวคลื่น (สี) ไม่ใช่ความสว่าง สมบัติทางกายภาพใดของแสงที่ “เปลี่ยน” เมื่อเพิ่มความสว่างที่ความยาวคลื่นคงที่เหนือเกณฑ์
ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้
พฤติกรรมขีดเริ่ม
K_max = max(0, E_γ − φ): ต่ำกว่าฟังก์ชันงาน จะไม่มีอิเล็กตรอนโฟโตอิเล็กทริกถูกปล่อยออกมาไม่ว่าความเข้มจะเป็นเท่าใด เป็นขีดเริ่มที่คมชัดซึ่งภาพคลาสสิกล้วน ๆ (คลื่น) ของแสงอธิบายไม่ได้