Dlaczego czerwone światło nie wybija elektronów, a niebieskie tak?
Metal oświetlony lampą oddaje elektrony albo nie oddaje ich wcale, i decyduje o tym barwa światła, nie jego moc. Wyjaśnienie, za które Einstein dostał Nagrodę Nobla, brzmi tak: światło przekazuje energię porcjami, a elektron dostaje ją od jednej porcji naraz. Jeśli ta porcja jest mniejsza niż praca potrzebna na wyrwanie elektronu z metalu, nic się nie stanie, choćby lampa świeciła godzinami. Jeśli jest większa, nadwyżka zamienia się w energię ruchu wylatującego elektronu.
Wzór i przykład
energia kinetyczna = energia kwantu − praca wyjścia
- Światło ma długość fali 400 nm, czyli barwę fioletową.
- Energia kwantu to iloczyn stałej Plancka i prędkości światła podzielony przez 400 nm, co daje 3,0996 eV.
- Sód ma pracę wyjścia 2,28 eV.
- Elektron wylatuje z energią 3,0996 − 2,28 = 0,8196 eV.
- Zatrzyma go napięcie 0,8196 V, a jego prędkość sięga 536,9 km/s.
| Metal | Praca wyjścia | Fala graniczna |
|---|---|---|
| Potas | 2,26 eV | 548,6 nm |
| Sód | 2,28 eV | 543,8 nm |
| Cynk | 4,3 eV | 288,3 nm |
| Miedź | 4,7 eV | 263,8 nm |
Samą energię kwantu w dżulach i elektronowoltach poda kalkulator energii fotonu, częstotliwość i długość fali kalkulator długości fali, a energię ruchu ciała kalkulator energii kinetycznej.
Najczęstsze pytania
Czy światło o długości fali 400 nm wybije elektrony z sodu?
Tak. Kwant takiego światła niesie 3,0996 eV, a praca wyjścia sodu to 2,28 eV, więc elektron wylatuje z energią 0,8196 eV.
Co to jest napięcie hamowania?
Napięcie, które zatrzymuje najszybsze fotoelektrony. Przy energii 0,8196 eV wynosi 0,8196 V, bo liczba elektronowoltów przekłada się wprost na wolty.
Dlaczego jaśniejsze światło nie pomaga?
Bo jasność zwiększa liczbę kwantów, a nie energię pojedynczego. Elektron dostaje energię od jednego kwantu, więc światło o zbyt małej częstotliwości nie wybije go nawet przy dużej mocy lampy.
Czym jest długość fali granicznej?
Progiem, powyżej którego zjawisko już nie zachodzi. Dla sodu wypada na 543,8 nm, czyli w świetle zielonym, a dla cynku o pracy wyjścia 4,3 eV dopiero na 288,3 nm, czyli w nadfiolecie.
Jak szybko leci wybity elektron?
Przy energii 0,8196 eV osiąga 536,9 km/s. Prędkość rośnie z pierwiastka energii, więc podwojenie energii kinetycznej przyspiesza elektron tylko o czterdzieści kilka procent.