Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè Tí Ó Ń Jíròrò Nípa Ipa Fọ́tò-ina
Ìpa photoelectric jẹ́ ìṣẹ̀lẹ̀ ara tí ó ń ṣàpèjúwe ìtújáde àwọn elekitironi láti ojú ohun èlò kan nígbà tí ìmọ́lẹ̀ tàbí ìtànṣán electromagnetic bá kọlù ú. Ìwádìí tí Albert Einstein ṣe ní ìbẹ̀rẹ̀ ọ̀rúndún ogún kó ipa pàtàkì nínú ṣíṣàlàyé ìṣẹ̀lẹ̀ yìí àti mímú kí a gba ìmọ̀ kuatomu nípa ìmọ́lẹ̀. Àpilẹ̀kọ yìí yóò jíròrò ọ̀pọ̀lọpọ̀ àpẹẹrẹ ìṣòro tí ó ní í ṣe pẹ̀lú ipa photoelectric pẹ̀lú àlàyé kíkún nípa àwọn ìdáhùn wọn.
Ìlànà Àkọ́kọ́
Kí a tó lọ sí àwọn àpẹẹrẹ ìṣòro, ẹ jẹ́ kí a ṣe àtúnyẹ̀wò àwọn èrò ìpìlẹ̀ kan tí ó ní í ṣe pẹ̀lú ipa photoelectric:
1. Agbára Fọ́tònù: Agbára fọ́tònù ni a fi fúnni nípasẹ̀ ìṣirò \( E = h \nu \), níbi tí \( h \) jẹ́ àìdúróṣinṣin Planck (\( h \approx 6.626 \times 10^{-34} \) Js) àti \( \nu \) jẹ́ ìgbóná ìmọ́lẹ̀.
2. Iṣẹ́ iṣẹ́ (\( \phi \)): Iṣẹ́ iṣẹ́ náà ni agbára tó kéré jùlọ tí a nílò láti yọ àwọn elekitironi kúrò lórí ojú ohun èlò náà.
3. Agbára ìdènà ti àwọn elekitironi: Àwọn elekitironi tí a tú jáde ní agbára ìdènà tí a fún ní ìṣirò \( KE = h \nu – \phi \).
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 1
Soal
Àwo irin kan ní iṣẹ́ iṣẹ́ ti \( 4.5 \) eV. Ìmọ́lẹ̀ pẹ̀lú ìgbì omi ti \( 200 \) nm ń tàn lórí àwo náà. Pinnu:
1. Agbára fọ́tòn tí ẹ̀rọ itanna gbà.
2. Ṣé àwọn elekitironi yóò tú jáde láti ojú irin náà?
3. Tí ó bá jẹ́ bẹ́ẹ̀ni, kí ni agbára kinetic tó pọ̀ jùlọ ti àwọn elekitironi tí a tú sílẹ̀?
Penyelesaian
1. Ṣírò agbára fọ́tòn (\( E \))
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
Níbi tí \(h \) ti jẹ́ ìdúróṣinṣin Planck, \(c \) ni iyára ìmọ́lẹ̀ (\( c \approx 3 \times 10^8 \) m/s), àti \( \lambda \) ni iwọ̀n ìgbì ìmọ́lẹ̀.
\[
E = \frac{6.626 \igba 10^{-34} \ọ̀rọ̀{ Js} \igba 3 \ìgbà 10^8 \ọ̀rọ̀{ m/s}}{200 \ìgbà 10^{-9} \ọ̀rọ̀{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \igba 10^{-25} \ọ̀rọ̀{ Js}}{200 \igba 10^{-9} \ọ̀rọ̀{ m}}
\]
\[
E = 9.939 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J}
\]
Láti yípadà sí eV, lo \( 1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J} \).
\[
E = \frac{9.939 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J}}{1.602 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J/eV}}
\]
\[
E \nọ́mbà 6.2 \ọ̀rọ̀{ eV}
\]
2. Ṣàyẹ̀wò bóyá àwọn elekitironi yóò tú jáde
Nítorí pé agbára fọ́tòn (6.2 eV) tóbi ju iṣẹ́ iṣẹ́ lọ (4.5 eV), a ó tú èérọ̀n náà sílẹ̀.
3. Ṣírò agbára kinetic tó pọ̀ jùlọ ti àwọn elekitironi
\[
KE = E – \phi = 6.2 \ọrọ{eV} – 4.5 \ọrọ{eV} = 1.7 \ọrọ{eV}
\]
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 2
Soal
Ìmọ́lẹ̀ pẹ̀lú ìgbóná ìgbóná ti \( 1.2 \times 10^{15} \) Hz ń tàn lórí ojú irin kan tí ó ní iṣẹ́ iṣẹ́ ti \( 3 \) eV. Pinnu:
1. Agbára fọ́tòn tí ẹ̀rọ itanna gbà.
2. Ṣé àwọn elekitironi yóò tú jáde láti ojú irin náà?
3. Tí ó bá jẹ́ bẹ́ẹ̀ni, kí ni agbára kinetic tó pọ̀ jùlọ ti àwọn elekitironi tí a tú sílẹ̀?
Penyelesaian
1. Ṣírò agbára fọ́tòn (\( E \))
\[
E = h \nu = 6.626 \igba 10^{-34} \ọ̀rọ̀{ Js} \igba 1.2 \ìgbà 10^{15} \ọ̀rọ̀{ Hz}
\]
\[
E = 7.9512 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J}
\]
Ìyípadà sí eV:
\[
E = \frac{7.9512 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J}}{1.602 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J/eV}}
\]
\[
E \nọ́mbà 4.97 \ọ̀rọ̀{ eV}
\]
2. Ṣàyẹ̀wò bóyá àwọn elekitironi yóò tú jáde
Nítorí pé agbára fọ́tòn (4.97 eV) tóbi ju iṣẹ́ iṣẹ́ lọ (3 eV), a ó tú èérọ̀n náà sílẹ̀.
3. Ṣírò agbára kinetic tó pọ̀ jùlọ ti àwọn elekitironi
\[
KE = E – \phi = 4.97 \ọrọ{eV} – 3 \ọrọ{eV} = 1.97 \ọrọ{eV}
\]
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 3
Soal
Ìmọ́lẹ̀ UV pẹ̀lú ìgbì ìgbì omi ti \( 120 \) nm ń kọlu ojú irin kan tí iṣẹ́ rẹ̀ jẹ́ \( 2.2 \) eV. Ṣírò:
1. Agbára fọ́tòn nínú eV.
2. Ṣé àwọn elekitironi yóò tú jáde láti ojú irin náà?
3. Tí ó bá jẹ́ bẹ́ẹ̀ni, kí ni agbára kinetic tó pọ̀ jùlọ ti àwọn elekitironi tí a tú sílẹ̀?
Penyelesaian
1. Ṣírò agbára fọ́tòn (\( E \))
\[
E = \frac{hc}{\lambda}
\]
\[
E = \frac{6.626 \igba 10^{-34} \ọ̀rọ̀{ Js} \igba 3 \ìgbà 10^8 \ọ̀rọ̀{ m/s}}{120 \ìgbà 10^{-9} \ọ̀rọ̀{ m}}
\]
\[
E = \frac{1.9878 \igba 10^{-25} \ọ̀rọ̀{ Js}}{120 \igba 10^{-9} \ọ̀rọ̀{ m}}
\]
\[
E = 1.6565 \igba 10^{-18} \ọ̀rọ̀{ J}
\]
Ìyípadà sí eV:
\[
E = \frac{1.6565 \igba 10^{-18} \ọ̀rọ̀{ J}}{1.602 \igba 10^{-19} \ọ̀rọ̀{ J/eV}}
\]
\[
E \nọ́mbà 10.34 \ọ̀rọ̀{ eV}
\]
2. Ṣàyẹ̀wò bóyá àwọn elekitironi yóò tú jáde
Nítorí pé agbára fọ́tòn (10.34 eV) tóbi ju iṣẹ́ iṣẹ́ lọ (2.2 eV), a ó tú èérọ̀n náà sílẹ̀.
3. Ṣírò agbára kinetic tó pọ̀ jùlọ ti àwọn elekitironi
\[
KE = E – \phi = 10.34 \ọrọ{eV} – 2.2 \ọrọ{eV} = 8.14 \ọrọ{eV}
\]
Ipari
A le ṣapejuwe iṣẹlẹ ipa fọtoelectric nipasẹ awọn iṣoro apẹẹrẹ oriṣiriṣi nibiti a ti n ṣiro agbara photon kan, ṣayẹwo boya elekitironi kan le jade kuro, ati wiwọn agbara kinetic ti o ga julọ ti elekitironi ti a ti jade. Ni yiyanju iṣoro kọọkan, a nilo lati ṣọra pẹlu awọn ẹya ti ara ati awọn iyipada laarin awọn iwọn (fun apẹẹrẹ, lati awọn joules si awọn elekitironi). Oye ti o lagbara ati adaṣe ti o yẹ yoo ran wa lọwọ lati mọ awọn imọran ipilẹ ti ipa photoelectric, eyiti o jẹ ọwọn pataki ti fisiksi kuatomu.
