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Effet photoélectrique

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L’effet photoélectrique est un phénomène physique fondamentale qui non seulement a une variété d’applications actuelles pratiques, mais a également inspiré un tout nouveau domaine de la science.

Un métal contient de nombreux électrons mobiles. Ces électrons peuvent être excitées lorsqu’il est fourni avec énergie. Et, si l’énergie est assez élevé, les électrons peuvent être excitées par le métal.

Lorsqu’une telle excitation est faite avec de la lumière, les électrons éjectés sont appelés des photoélectrons, donnant à cet effet son nom - l’effet photoélectrique.

Ici, nous allons démontrer l’effet photoélectrique à l’aide d’une plaque métallique chargée de zinc qui est soumise à l’ordinaire lampe lumière et la lumière ultraviolette.

Avant de nous apprendre à effectuer l’expérience et la collecte de données, nous allons discuter les paramètres et les principes qui régissent cet effet. Il a été observé qu’afin que l’effet photoélectrique se produise, la fréquence « f » de la lumière doit dépasser un seuil minimal « f0 » (lecture-f-zero).

Pour comprendre pourquoi c’est important, nous allons effectuer un zoom avant et jetez un oeil à ce processus à l’échelle microscopique. Lorsque la lumière est brillait sur un métal, les photons de lumière individuels sont absorbés par les électrons dans le métal. Maintenant, afin que ces électrons à libération du métal, ils doivent exécuter des tâches.

Ainsi, l’énergie du photon absorbé Qu'e devrait être supérieure à cette « fonction de travail » W du métal, où la fonction de travail représente le minimum d’énergie, ou énergie de seuil, nécessaires pour libérer un électron d’un métal particulier.

Maintenant étant donné que l’énergie du photon est directement proportionnelle à la fréquence de la lumière, l’énergie de seuil correspond à la fréquence f0 de seuil.

La relation entre l’énergie et de fréquence est donnée par cette équation, où « h » est constante de la planche. La même équation peut également servir à calculer la fréquence de seuil.

Par exemple, la fonction de travail du zinc est 4,3 électron-volts. Cela signifie que la fréquence de seuil pour les effets photoélectriques en zinc sera de 10 ^ 15 Hertz, correspondant à une Λ0 de longueur d’onde du seuil de 300 nanomètres. Une telle longueur d’onde courte correspond à la lumière UV

Après avoir examiné les principes qui sous-tendent l’effet photoélectrique, maintenant passons à travers le protocole étape par étape pour démontrer cet effet grâce à une expérience simple.

Obtenir tous les instruments nécessaires et les matériaux pour l’expérience, à savoir un électroscope, une plaque de métal de zinc, un morceau de papier de verre, une source d’UV qui comporte un élément de longueur d’onde inférieure à 300 nm, une lumière visible fournissant une lampe ordinaire, une tige acrylique, un morceau de fourrure et une paire de lunettes de protection UV.

Tout d’abord, en utilisant du papier de verre, polir la surface de la plaque zinc. Cela supprime l’oxyde de zinc sur la surface du métal et facilite le transfert d’électrons. Placer la plaque de zinc sur la plaque métallique de l’électroscope. Assurez-vous que la plaque de zinc est en contact direct avec l’électroscope.

Ensuite, frotter la tige avec le morceau de fourrure cinq ou six fois, pour faire la tige chargée négativement. Mettre la tige à proximité de la plaque de zinc en veillant ne pas à amener au contact de l’autre.

De l’autre main, toucher la plaque de zinc brièvement, pour charger positivement la plaque de zinc par induction. L’aiguille de l’électroscope devrait dévier pour indiquer que la plaque de métal et de toutes les parties de l’électroscope relié à elle, sont facturés.

Ensuite, allumez la lampe visible et apportez-la à proximité de l’électroscope et briller sa lumière sur la plaque de zinc. Observez la réponse de l’électroscope.

Maintenant, éteindre le témoin ordinaire et le mettre sur les lunettes de protection UV. Retirer la plaque de verre et allumer la lampe pour obtenir une source de lumière UV et apportez-la à proximité de l’électroscope. Briller la lumière UV sur le métal zinc. Observez la réponse de l’électroscope. Puis éteindre la lampe à UV légère.

Maintenant, frotte la tige avec la fourrure cinq ou six fois, pour faire la tige chargée négativement. Mettre la tige en contact direct avec la plaque de zinc.

Cela se traduira par une déviation de l’aiguille de l’électroscope en raison du transfert de certaines charges négatives sur la plaque de zinc. Ranger la tige et faire en sorte de ne pas pour toucher la plaque métallique de zinc avec votre main ou tout autre objet.

Ensuite, allumez la lampe visible et apportez-la à proximité de l’électroscope et briller sa lumière sur la plaque de zinc. Observez la réponse de l’électroscope.

Chaussez les lunettes de protection UV. Retirez la plaque de verre et allumez la lampe à UV lumière et apportez-la à proximité de l’électroscope. Briller la lumière UV sur le métal zinc. Observez la réponse de l’électroscope. Puis éteindre la lampe à UV légère.

Laissez-nous maintenant examiner et interpréter les résultats de ces expériences.

Dans la première moitié de l’expérience où la tige chargée et la plaque de zinc ne sont pas en contact direct avec l’autre, l’aiguille reste dévié pour les deux le feu ordinaire et pour l’éclairage de lumière UV, indiquant que la plaque de zinc reste chargée.

Cela se produit parce que la plaque de zinc, qui a déjà perdu des électrons à devenir chargé positivement, perd encore des photoélectrons quand la lumière UV est brillait sur elle. Cela ne fait que la plaque de zinc légèrement plus positivement chargée, déviation de l’aiguille de l’électroscope un peu plus.

En revanche, lorsque la tige chargée et la plaque de zinc sont faites entrer en contact avec l’autre, on observe qu’à l’aide de la lumière de la lampe ordinaire n’a aucun effet sur l’électroscope. Cependant, l’utilisation de la lampe UV entraîne l’aiguille de l’électroscope à s’effondrer et revenir en position déchargée avec aucun débattement

Cela se produit car seuls les photons de lumière UV ont suffisamment d’énergie qui est au-dessus de la fonction de travail du zinc, à éjecter les photoélectrons. Cela libère la plaque de zinc qui avait précédemment été chargée négativement.

Comme dans le cas précédent, la lumière visible n’a pas assez d’énergie pour exciter les photoélectrons, en raison de laquelle la plaque de zinc ne décharge pas.

Photoelectronics a été étudiée pendant de nombreuses décennies maintenant et a conduit au développement de nouveaux champs d’étude et de multiples applications.

L’effet photoélectrique a été utilisé pour fabriquer des dispositifs optoélectroniques diverses qui varient des applications pratiques. Un exemple d’un dispositif optoélectronique est le commutateur électrique photosensible.

Ici, le blocage ou déblocage d’un faisceau de lumière qui brille sur un métal s’éteint ou sur un courant électrique en raison de l’absence ou la présence des photoélectrons.

Appareils de vision nocturne ou NVDs également d’utiliser les principes de l’effet photoélectrique pour autoriser les images à produire dans les niveaux de lumière s’approchant d’obscurité totale. En bref, photons frapper une mince couche de métaux alcalins ou de matériau semi-conducteur au sein de l’appareil provoquent l’éjection des photoélectrons en raison de l’effet photoélectrique.

Ces électrons sont accélérés par un champ électrostatique et multipliés par le biais des émissions secondaires d’intensifier le signal original. Les électrons multipliés sont alors apportées à frapper un écran enduit de phosphore, convertissant les électrons en photons, formant ainsi une image.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à l’effet photoélectrique. Vous devriez maintenant comprendre les concepts de base de l’effet photoélectrique et aussi comprendre pourquoi chargées de métaux peuvent être rejetés seulement en utilisant la lumière d’une fréquence spécifique. En outre, cette vidéo démontre une expérience simple pour visualiser l’effet photoélectrique à l’aide d’une plaque de métal de zinc chargée exposée à la lumière visible et les rayons UV. Merci de regarder !

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