تبلیغات
{مقالات دانشگاهی} - توجیه کوانتومی پدیده فوتوالکتریک

 توجیه کوانتومی پدیده فوتوالکتریک ... فیزیک ,
انیشتین در سال ١٢٨٦ شمسی (١٩٠٧ م) همانند پلانگ انرژی امواج الکترومغناطیس تابیده شده از یک جسم را کوانتیده فرض کرد و بر پایه این فرضیه استدلال نمود که:
هر موج الکترومغناطیس با بسامد از بسته‌های متمرکز یا کوانتوم‌های انرژی (که بعداً فوتون نامیده شد) تشکیل شده است. همانطور که در شکل زیر می‌بینید وقتی ما برای نور فوتون در نظر می‌گیریم در واقع مانند این است که نور را به صورت ذره‌ای بررسی کنیم.

انرژی هر فوتون را به‌صورت نشان می‌دهند، بنابراین انرژی یک موج الکترومغناطیس برابر است با:

 

بقیه در ادامه مطلب


 

که تعداد فوتون‌ها می‌باشد (طبیعی است که عددی صحیح و مثبت است)
رنگ‌های مختلف دارای فوتون‌های مختلف است به‌طوری‌که رنگ بنفش دارای فوتونی با انرژی بیشتر از فوتون‌های سایر رنگ‌ها است.
انیشتین بر اساس فرض بالا، فرضیه خود را در مورد پدیده فوتوالکتریک اینچنین ادامه می‌دهد که:
وقتی موج الکترومغناطیس به سطح فلز برخورد می‌کند یک فوتون به‌طور کامل توسط الکترون جذب شده و انرژی خود را به الکترون می‌دهد. مقداری از این انرژی صرف انجام کار برای کندن الکترون از سطح فلز می‌شود و مابقی آن به‌صورت انرژی جنبشی فوتوالکترون‌ها درخواهد آمد بنابراین خواهیم داشت:

دیدنِ مدل سازی زیر خالی از لطف نیست.

در رابطه بالا انرژی یک فوتون و انرژی جنبشی فوتوالکترون و کار لازم برای غلبه بر نیروهای داخلی وارد بر الکترون در داخل اتم فلز می‌باشد.
اگر حداقل کار لازم برای خارج کردن الکترون از سطح فلز را بگیریم آنگاه حداکثر انرژی جنبشی فوتوالکترون برابر خواهد بود با:

به تابع کار می‌گویند.

با توجّه به رابطه بالا و روابط قبلی بسامد قطع را بیابید؟
جواب:

این رابطه با نتایج تجربی که قبلاً بررسی شد سازگار است چرا که نمودار ولتاژ متوقف کننده بر حسب بسامد موج فرودی یک نمودار خطی است که با رابطه فوق مطابق است.
طبق رابطه بالا اگر باشد آنگاه پدیده فوتوالکتریک اتفاق نمی‌افتد، بنابراین حداقل انرژی فرودی می‌تواند باشد پس داریم:

که همان بسامد قطع است.
بنابراین با توجّه به فرضیه جدید می‌توانیم نتایج تجربی پدیده فوتوالکتریک را توجیه کنیم.
حالا در مورد اینکه "چرا وقتی بسامد موج الکترومغناطیس تابیده شده روی سطح فلز از بسامد قطع کمتر باشد پدیده فوتوالکتریک اتفاق نمی‌افتد (حتی اگر انرژی فرودی افزایش یابد)،" می‌توان گفت:
افزایش انرژی یک موج تکفام به معنی افزایش تعداد فوتون‌ها است. در حالی‌که برای کندن هر الکترون باید هر فوتون انرژی لازم را داشته باشد و اگر فوتونی انرژی مناسب را نداشته باشد و بخواهیم انرژی آن را افزایش دهیم باید بسامد () آن را تغییر دهیم، این بدان معنی است که اگر رنگ نوری برای کندن الکترون از فلز مناسب نیست باید رنگ نور عوض شود نه اینکه انرژی همان نور و با همان رنگ افزایش یابد. همانطور که فیلم زیر نشان می‌دهد که فوتون‌های سبز رنگ قادر به کندن الکترون از سطح فلز نیستند ولی فوتون‌های بنفش می‌توانند این کار را انجام دهند.

برای ملموس‌تر شدن مطلب بالا می‌توان مثال دیگری را طرح کرد:
در زمان‌های قدیم برای خیلی از افراد پیش می‌آمد که بخواهند با پرتاب سنگ گردویی را از درختی بکنند (البته برای افراد این دوره و زمانه، خلاص کردن توپ پلاستیکی گیر کرده در شاخه‌های درخت، جایگزین کندن گردو از درخت شده است! )
اگر با سنگ ریز به گردوی متصل به شاخه درخت صنوبر بزنید موفق به کندن گردو نمی‌شوید حتی اگر برای افزایش انرژی تعداد سنگ‌هایی که بر گردو می‌زنید را افزایش دهید، چرا که هر سنگ ریز وقتی به گردو برخورد می‌کند یک نوسان کوچکی به گردو می‌دهد و گردو دوباره به حالت اولیه خود بر می‌گردد. ولی اگر از سنگ بزرگتر استفاده کنید آنگاه قادر خواهید بود گردو را از درخت جدا کنید و مقداری از انرژیی که سنگ داشته صرف کندن گردو و مقداری از آن به انرژی جنبشی گردو تبدیل می‌شود. (لازم به ذکر است که مثال گردو کندن به‌طور کامل مشابه کندن الکترون از سطح فلز نیست ولی تا حد خوبی شباهت وجود دارد)


نوشته شده توسط اشک ط در دوشنبه 28 اردیبهشت 1388 و ساعت 11:30 ق.ظ
ویرایش شده در - ساعت -
 نوشته های پیشین
+ همه چیز در باره نیکوتین
+ مار گزیدگی و راه های درمان آن
+ کدام اسپری ضد عرق را مصرف کنیم ؟
+ اعتیاد و راهای ترک و مقابله با آن
+ گرما زدگی
+ خطرناکترین الگوی مصرف الکل مربوط به جوانان ایرانی است
+ یادآوری نکاتی که به افزایش طول عمر شما کمک خواهد کرد
+ فشار خون پایینو راه کنترل آن
+ نکاتی برای یک پیک نیک خوب
+ انواع موهای سر و روشهای شستشوی آنها
+ سیگار و ضررهای متعدد آن و راههای ترک و مقابله وتشخیص آن
+ اعتیاد به الکل ( الکلیسم‌ )
+ نحوه غربالگری دیابت حاملگی
+ افزایش قدرت و توانایی مغز و تمرکز مغز
+ تصاویر برهنه و کودکان ما و بهترین راه مقابله درست با آن

صفحات :