Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ – ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΥΛΗΣ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ – ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΥΛΗΣ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ – ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΥΛΗΣ

2  Όταν πέσει ορατό φως σε μεταλλική επιφάνεια,τότε εκπέμπονται φωτοηλεκτρόνια. Δηλαδή το ηλεκτρικό πεδίο που προκαλούσε η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ασκεί δύναμη στα ηλεκτρόνια της επιφάνειας και μερικά από αυτά φεύγουν από το μέταλλο. Οι επιστήμονες τότε παρατήρησαν ότι η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων ήταν ανεξάρτητη από την ένταση ακτινοβολίας αλλά εξαρτημένη από τη συχνότητά της. Κάτι το οποίο εξέπληξε τους επιστήμονες καθώς πίστευαν ότι η αύξηση της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων, προκαλούσε αύξηση της ταχύτητάς τους και θα έφευγαν ηλεκτρόνια από το μέταλλο.

3 Η εκπομπή ηλεκτρονίων από την επιφάνεια στερεών κατά την έκθεσή τους στο φως, ονομάστηκε φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Όμως, οι κλασσικές θεωρίες της φυσικής,όπως του Lenard, δε μπόρεσαν να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο. Το παραπάνω συμπέρασμα κίνησε την περιέργεια των επιστημόνων να βρουν μία μαθηματική σχέση η οποία θα συνέδεε τη συχνότητα με τη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων. Ακριβές μετρήσεις για την σχέση αυτή δόθηκαν από τον Einstein (1905) και από τον Robert Millikan (1916). Einstein

4 Το 1905 ο Αϊνστάιν πρότεινε μια διαφορετική εξήγηση του φαινομένου βασισμένη στη θεωρία του Planck για τα κβάντα φωτός. Συγκεκριμένα υπέθεσε ότι: το φως περιέχει κβάντα, δηλαδή πακέτα ενέργειας και ορμής. όταν πέφτει φως σε ένα στερεό σώμα,τότε η ενέργεια ενός κβάντου ( Ε=hf ) μεταφέρεται στο ηλεκτρόνιο.Ένα μέρος αυτής της ενέργειας μετατρέπεται σε W (έργο εξαγωγής ηλεκτρονίου)ενώ το υπόλοιπο σε κινητική ενέργεια με μέτρο : Κ =hf-W όπου W : έργο εξαγωγής του υλικού, ανεξάρτητη της συχνότητας Κ : κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που φεύγουν από το μέταλλο και είναι ανάλογη της συχνότητας αλλά ανεξάρτητη της έντασης.

5 Μέχρι τότε ο Planck δεν είχε εξηγήσει στη πραγματικότητα τι είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η επιτυχία του Einstein είναι ότι κατάφερε να αποδείξει ότι η ακτινοβολία αυτή δεν εκπέμπεται ούτε απορροφάται σε κβάντα,αλλά μεταδίδεται σε μονάδες που τα αποκάλεσε φωτόνια τα οποία αν και έχουν μηδενική μάζα (αβαρή σωματίδια) και ενέργεια E=hf, παράγουν ηλεκτρόνια ( σωματίδια που ζυγίζουν). Η ανώτατη τιμή της κινητικής ενέργειας των παραγόμενων ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη συχνότητα f του φωτός και κάτω από μια ορισμένη τιμή συχνοτήτων δεν παράγονται ηλεκτρόνια.

6 To ο Robert Millikan βασισμένος στη θεωρία του Thomson,υπολόγισε το φορτίο των ηλεκτρονίων. Xρησιμοποιώντας έναν εκτοξευτή σταγονιδίων o Millikan εκτόξευσε σταγόνες λαδιού σε έναν διαφανή θάλαμο. Στην κορυφή και στον πυθμένα του θαλάμου υπήρχαν συνδεδεμένες με μπαταρία δύο μεταλλικές πλάκες μία θετικά και η άλλη αρνητικά φορτισμένη. Κάθε σταγόνα λαδιού αποκτούσε ένα μικρό ηλεκτρικό φορτίο εξαιτίας του στατικού ηλεκτρισμού του αέρα. Με την κατάλληλη αλλαγή της τάσης μπορούσε να ελέγξει τις Ταχύτητες των σταγόνων του λαδιού. Ο Millikan ρύθμισε την ένταση του πεδίου έτσι ώστε τα σταγονίδια να αιωρούνται ακίνητα. Γνώριζε ότι όταν συνέβαινε αυτό η προς τα κάτω δύναμη της βαρύτητας στα ακίνητα σταγονίδια αντισταθμιζόταν ακριβώς από την προς τα πάνω ηλεκτρική δύναμη. Αναλύοντας τα πειραματικά δεδομένα, διαπίστωσε ότι το φορτίο κάθε σταγονιδίου ήταν πάντοτε ακέραιο πολλαπλάσιο μιας σταθερής πολύ μικρής ποσότητας, και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η ποσότητα αυτή αντι­προσώπευε τη θεμελιώδη μονάδα του ηλεκτρικού φορτίου (e = 1, ).

7  Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι μια διεργασία κατά την οποία απελευθερώνονται ηλεκτρόνια από μια επιφάνεια αγωγού όταν προσπέσει σε αυτή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας τέτοιας ώστε τα ηλεκτρόνια να κατορθώσουν να υπερπηδήσουν το φράγμα δυναμικής ενέργειας που τα "εγκλωβίζει" στην επιφάνεια αυτή.  H ένταση του φωτός δεν επηρεάζει την ενέργεια των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται.  Η ενέργεια των ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη συχνότητα και υπάρχει μια συχνότητα κάτω από την οποία δεν εκπέμπονται ηλεκτρόνια.  To φορτίο του ηλεκτρονίου είναι e = 1,6021 x

8 Ήταν ήδη γνωστό από την κβαντική θεωρία ότι η ακτινοβολία παρουσίαζε ιδιότητες υλικού σωματιδίου και κύματος.Αντίθετα δεν είχε ακόμα αποδειχθεί το αντίστροφο : ότι τα σωματίδια της ύλης μπορούν να έχουν κυματικές ιδιότητες. Όμως αυτή η ιδέα δε μπορούσε να υποστηριχθεί από τις θεωρίες της κλασσικής φυσικής. Η νέα θεωρητική αντίληψη για τη φύση της ύλης και του φωτός διατυπώθηκε για πρώτη φορά το 1929 από τον Louis de Broglie, η οποία έστησε τα θεμέλια για τη δημιουργία της Κυματικής Μηχανικής καθώς και για την ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας. Louis de Broglie

9 Στη διατριβή του "Έρευνες πάνω στη θεωρία των κβάντα” o de Broglie μελέτησε τη θεωρία των κυμάτων των ηλεκτρονίων, βασισμένος στην εργασία του Αϊνστάιν και του Πλανκ. Ο Αϊνστάιν είχε ήδη διατυπώσει λίγα χρόνια νωρίτερα την άποψη πως το φως που είναι ένα κύμα μπορεί να συμπεριφέρεται σαν να αποτελείται από σωματίδια. Η θεωρία αυτή τον οδήγησε στη διατύπωση της δυαδικότητας σωματιδίων όπου η ύλη έχει σωματικές και κυματικές ιδιότητες. Από τα πειράματα είχε εξαχθεί το συμπέρασμα πως τα ηλεκτρόνια πρέπει να κινούνται γύρω από τον πυρήνα, αλλά για αδιευκρίνιστους μέχρι τότε λόγους υπήρχαν περιορισμοί στην κίνηση τους. Ο de Broglie σκέφθηκε πως το ηλεκτρόνιο πρέπει να εμφανίζει και ιδιότητες κύματος, για να μπορέσει να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς.

10 Έτσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το ηλεκτρόνιο έχει διττή υπόσταση με ορμή p και μήκους l. O τύπος που συνδέει αυτά τα μεγέθη είναι :

11 1 0ς ΤΡΟΠΟΣ Παίρνουμε τις δύο βασικές εξισώσεις για την ενέργεια του φωτονίου : Ε = h ν ή Ε = h c/λ, όπου c η ταχύτητα του φωτός (1) και την εξίσωση του Einstein: Ε = m c 2 (2) Από τις σχέσεις (1) και (2) προκύπτει: h c/λ = m c 2 οπότε, λ = h/(mv), όπου αντί για c έχουμε v την ταχύτητα με την οποία κινείται το ηλεκτρονικό κύμα.

12 Λαμβάνοντας υπόψη ότι η εισαγωγή ακέραιων αριθμών για τις επιτρεπόμενες καταστάσεις της ηλεκτρονιακής κίνησης ταιριάζει με τις κυματικές ιδιότητες του ηλεκτρονίου έχουμε : λ= 2πr e / n όπου r e η ακτίνα της τροχιάς ενός ηλεκτρονίου, n o κύριος κβαντικός αριθμός Γνωρίζουμε ότι η ακτίνα στη στιβάδα n δίνεται από τη σχέση: r e = h 2 n 2 /4π 2 me 2 Επίσης η κεντρομόλος δύναμη ισούται με την δύναμη Coulomb: r n = h 2 n 2 /4π 2 m 1/mv n 2 r n ή ( 2πr n ) 2 =( hn/mv ) 2. Βγάζοντας την τετραγωνική ρίζα παίρνουμε τελικά : 2πr n = hn/mv.

13 Δηλαδή αν λ= h/p τότε ο de Broglie μπορεί να ικανοποιήσει την επιθυμία του να εισαγάγει τέτοια κύματα ώστε η 1 η στιβάδα να έχει ένα κύμα, η 2 η στιβάδα δύο κύματα … Το αποτέλεσμα είναι σύμφωνο με την 1 η εξίσωση του Bohr και συγχρόνως εισάγει αυτή τη νέα ιδέα του de Broglie. Η εξίσωση de Broglie είναι μια βασική σχέση μεταξύ της ορμής του ηλεκτρονίου ως σωματιδίου και του μήκους του ηλεκτρονίου ως κύματος. Συνέχεια… για n=3

14 Στο πείραμα ηλεκτρόνια από ένα θερμαινόμενο νήμα αφού επιταχυνθούν από ένα δυναμικό, ακολούθως κτυπούν στην επιφάνεια ενός μετάλλου από νικέλιο. Μετά αφού σκεδαστούν από την επιφάνεια, με μια διάταξη μετρείται η ένταση της δέσμης των ηλεκτρονίων. Η ακτίνα των ηλεκτρονίων κατευθύνθηκε στο στόχο του νικελίου, ο οποίος μπορούσε να περιστραφεί για να μπορέσουν οι Davisson-Germer να παρατηρήσουν την εξάρτηση από τη γωνία των σκεδαζομένων ηλεκτρονίων.

15 Γεννήθηκε στις 15 Αυγούστου του 1892 στην Διέππη της Γαλλίας από οικογένεια ευγενών. τελείωσε το 1909 Λύκειο στο Παρίσι Εισήχθη στη Σορβόννη σπουδάζοντας ιστορία Στην ηλικία των 18 απoφοίτησε αλλά ήδη άρχισε να ενδιαφέρεται για τα μαθηματικά και τη φυσική, όπως και μεγαλύτερος αδελφός του. Σε ηλικία 18 ετών άρχισε να μελετά συγχρόνως γαλλική ιστορία και φυσική. Αλλά μετά από έντονες διαμάχες με την οικογένεια του εγκατέλειψε τις σπουδές στην ιστορία και αφοσιώθηκε στη φυσική. Το1910 άρχισε να σπουδάζει θεωρητική φυσική. Το 1913 ο de Broglie βραβεύτηκε για τις θεωρητικές εργασίες του πάνω στη φυσική αλλά πριν ξεκινήσει την καριέρα του, άρχισε ο Α’ Παγκόσμιος Πόλεμος. Υπηρέτησε τότε ( ) στην ασύρματη τηλεγραφία του στρατού στον Πύργο του Eiffel. Κατά τη διάρκεια του πολέμου περνούσε το χρόνο του μελετώντας τεχνικά προβλήματα. το 1923 ξεκίνησε Το θέμα της διδακτορικής διατριβής «Έρευνες πάνω στη θεωρία των κβάντα» το 1929 βραβεύτηκε με Nobel και δούλεψε πάνω στη κυματομηχανική.Έγραψε 25 βιβλία πάνω στο spin, και στην πυρηνική φυσική Το 1952 βραβεύτηκε από την UNESCO για τις προσπάθειες του για την κατανόηση της μοντέρνας φυσικής από το πλατύ κοινό. πέθανε στις 19 Μαρτίου του 1987.

16


Κατέβασμα ppt "ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ – ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΥΛΗΣ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google