10. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)

19.9    ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric  effect)

           ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก คือ ปรากฏการณ์ที่ฉายแสงที่มีความถี่สูงตกกระทบผิวโลหะแล้วทำให้เกิดประจุไฟฟ้าลบ(อิเล็กตรอน)  หลุดออกมาจากโลหะได้  อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเรียกว่า โฟโตอิเล็กตรอน

ผลการศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก  สรุปได้ดังนี้

1. โฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น  เมื่อแสงที่ตกกระทบโลหะมีความถี่ไม่น้อยกว่าค่าความถี่คงตัวค่าหนึ่งเรียกว่า  ค่าความถี่ขีดเริ่ม ( f₀ )

2.  จำนวนโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น  เมื่อแสงที่ใช้มีความเข้มแสงมากขึ้น

3.  พลังงานจลน์สูงสุด E_k(max)  ของอิเล็กตรอนไม่ขึ้นกับความเข้มแสง  แต่ขึ้นกับค่าความถี่แสง

4.  พลังงานจลน์สูงสุดมีค่าเท่ากับความต่างศักย์หยุดยั้ง

แสงมีสมบัติเป็นก้อนพลังงาน ( photon )  เมื่อกระทบกับผิวโลหะจะถ่ายโอนพลังงานให้กับอิเล็กตรอนของโลหะทั้งหมด hf  พลังงานส่วนหนึ่ง ( hf₀ )  ทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะได้  ซึ่งเท่ากับพลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนของโลหะ  เรียกว่า ( work  function ) ใช้สัญลักษณ์  ( W )  และพลังงานที่เหลือเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนซึ่งเท่ากับพลังงานที่ใช้หยุดยั้งอิเล็กตรอนนั้น ( eV_s)  ตามสูตร

 E   =   hf  –  W

โดยพลังงานของอิเล็กตรอนจะอยู่ในรูป    E =    หรืออาจวัดของความต่างศักย์หยุดยั้ง ( V_S คือความต่างศักย์ที่ใช้หยุดอิเล็กตรอนได้พอดี )  ซึ่งจะได้ว่า   E  =  eV_S  (จูล)   =   V_S  (eV.)

สมการของพลังงานโฟโตอิเล็กตรอนจึงเขียนได้เป็น

Ek_max  =   eV_S   =  hf  –  W

                                                   eV_S    =    hf –  hf_{0                                   เมื่อ  W  =   hf0}

E=n(hf)