mercoledì 10 febbraio 2016

EFFETTO FOTOELETTRICO


EFFETTO FOTOELETTRICO




L'effetto fotoelettrico è quel fenomeno che si verifica quando un certo materiale (esempio zinco) emette elettroni (detti fotoelettroni) se irradiato da una radiazione elettromagnetica di una certa frequenza.(esempio ultravioletti). Esiste una frequenza minima della radiazione f0 (detta frequenza di soglia) sotto la quale non vengono emessi elettroni.
La spiegazione del fenomeno è in apparenza abbastanza semplice: fornendo energia agli elettroni pari al LAVORO DI ESTRAZIONE L (energia minima per estrarre l'elettrone), l'elettrone  si libera dal legame atomico. Quello che accade anche nell'EFFETTO TERMOELETTRICO dove un filamento incandescente portato ad una certa temperatura libera elettroni.
In realtà nell'effetto fotoelettrico accade qualcosa di strano che è difficile da spiegare. 
1) Se la frequenza della radiazione è minore della frequenza di soglia non vengono estratti elettroni nemmeno aumentando l'intensità della radiazione (e quindi la quantità di energia fornita)
2) se la frequenza della radiazione è maggiore della frequenza di soglia viene estratto un certo numero di elettroni con una certa energia E. Aumentando l'intesità della stessa radiazione aumenta anche il numero di elettroni ma loro energia rimane la stessa.
3) per aumentare l'energia degli elettrono emessi bisogna aumentare la frequenza della radiazione incidente.
Quindi per f>f0 :
AUMENTA L'INTENSITA'--> SALE IL N° DI ELETTRONI
AUMENTA LA FREQUENZA -->SALE LA LORO ENERGIA




Lo studio del fenomeno ha portato alla nascita della fisica quantistica.
simulazione


Si è capito che l'energia è QUANTIZZATA. Cosa vuol dire?

L'energia trasportata dalla radiazione è formata da "granuli" di energia che contengono una quantità di energia pari a    E= hf proporzionale alla frequenza della radiazione e detti FOTONI.
Per estrarre un elettrone è necessario fornire un'energia pari al LAVORO DI ESTRAZIONE:  L=hf0 dove f0 è la frequenza di soglia.
1) per f<fl'energia del fotone E=hf non è sufficiente ad estrarre nessun elettrone anche se si aumenta l'intensità (cioè il numero di fotoni). Infatti l'energia del singolo fotone è assorbita tutta in un colpo.
2) L'elettrone è emesso solo quando l'energia del fotone E=hf0  è uguale dell'energia di estrazione L. In questo caso l'elettrone emesso ha energia nulla.
3) Se f>f0 e si aumenta la frequenza mantenendo costante l'intensità aumenta l'energia cinetica dell'elettrone emesso. Infatti l'energia dell'elettrone è pari alla differenza tra l'energia totale fornita  e quella necessaria all'estrazione. Dunque:
ENERGIA CINETICA ELETTRONE EMESSO K=hf-hf0 
4)Mantenendo costante la frequenza (f>f0) e aumentando l'intensità cresce il numero di fotoni che arrivano sul materiale e quindi cresce il numero di elettroni emessi ma la loro energia non aumenta.

Farò un semplice esempio. Supponiamo di avere una fiamma e di volerla spegnere con acqua. Per spegnere la fiamma è sufficiente un bicchiere d'acqua. Abbiamo a disposizione 1000 litri di acqua di un pozzo.
Se l'energia (e quindi la quantità d'acqua fosse continua) si potrebbe scegliere una qualunque quantità d'acqua sufficiente per spegnere l'incendio. 
Nel caso quantistico  è come possedere solo un contagocce per l'operazione di spegnimento. 
Una goccia per volta non spegne sicuramente la fiamma.
Nella analogia la goccia d'acqua è il fotone che contiene una quantità E=hf dove h è la costante di Planck e f è la frequenza della radiazione.


Segue una videolezione sull'effetto fotoelettrico:

Per definizione il POTENZIALE DI ARRESTO e il potenziale d'applicare all'elettrone per fermarlo ed è uguale alla sua energia cinetica. Quindi eVa=hf- Lest
 Il grafico potenziale di arresto - frequenza è una retta :
 

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