‫גלי אור‬ ‫עד לשנת ‪ 1900‬מודל הגלים תאר בצורה מדויקת‬ ‫את כל התופעות המאפיינות את התנהגות האור‬ ‫כמו שבירה‪ ,‬החזרה‪ ,‬התאבכות ועקיפה‬ ‫גלי אור מאופיינים ע"י‪:‬‬ ‫‪ – A‬אמפליטודה‬ ‫‪ – f‬תדירות‬ ‫‪ - l‬אורך גל‬ ‫‪ – C‬מהירות האור בריק‬ ‫האפקט הפוטואלקטרי‬ ‫תופעה פיזיקלית שבה נפלטים אלקטרונים מפני‬ ‫מתכת כאשר פוגעת בה קרינה אלקטרומגנטית‬ ‫ונבלעת בה‪.‬‬ ‫ההסבר שנתן אלברט איינשטיין לאפקט זה בשנת‬ ‫‪ 1905‬זיכה אותו בפרס נובל לפיזיקה בשנת ‪.1921‬‬ ‫תא פוטואלקטרי‪:‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫שפורפרת ריק שבתוכה שתי‬ ‫אלקטרודות‪:‬‬ ‫פולט (קתודה) ‪ -‬מתכת שבה פוגע‬ ‫האור וממנה נפלטים האלקטרונים‪.‬‬ ‫פולט (אנודה) ‪ -‬אלקטרודת מתכת‬ ‫נוספת שאליה מגיעים חלק‬ ‫מהאלקטרונים שנפלטו‪.‬‬ ‫אם סוגרים מעגל מתקבל זרם‬ ‫חשמלי‪.‬‬ ‫תאור התופעה‬ ‫האור הפוגע בקתודה גורם לפליטת אלקטרונים‪ ,‬אלקטרונים אלו נפלטים עם אנרגיה קינטית‬ ‫מסוימת וכך מגיעים אל האנודה וזורם זרם במעגל‪.‬‬ ‫אם מפעילים מתח קדמי (האנודה חיובית ביחס לקתודה)‪ ,‬המתח יאיץ את האלקטרונים לכוון‬ ‫האנודה והזרם במעגל יגדל‪.‬‬ ‫אם מפעילים מתח הפוך או מתח מעכב (האנודה שלילית ביחס לקתודה)‪ ,‬המתח יתנגד‬ ‫לזרימת האלקטרונים לכוון האנודה והזרם במעגל יקטן‪.‬‬ ‫מתח עצירה ‪ - Vo‬המתח שממנו ואילך לא יגיעו אלקטרונים לקולט ולכן לא ימדד זרם‪.‬‬ ‫תופעות שהתגלו במהלך ביצוע הניסוי ושלא ניתן היה להסבר‬ ‫אותן באמצעות התיאוריה הגלית‬ ‫‪ .1‬מספר האלקטרונים הנפלטים מהמתכת תלוי בעוצמת האור‪ ,‬אך לא כן מהירותם‪.‬‬ ‫‪ .2‬מהירות האלקטרונים הנפלטים גדלה ככל שתדירות האור הפוגע גדלה‪.‬‬ ‫‪ .3‬לכל מתכת קיימת תדירות סף‪ ,‬אשר אור בעל תדירות נמוכה יותר לא יגרום‬ ‫לפליטת אלקטרונים ממנה‪ ,‬ללא תלות בעוצמת האור‪.‬‬ ‫‪ .4‬פליטת האלקטרונים היא מיידית (מרגע תחילת הקרנת האור) ואין השהיה‪ ,‬גם‬ ‫כאשר עוצמת האור נמוכה‪.‬‬ ‫ההסבר של אינשטיין‬ ‫יש להסתכל על האור כעל אוסף חלקיקים (פוטונים)‪ ,‬אשר לכל אחד מהם אנרגיה‬ ‫‪E = hf‬‬ ‫השערה זו מניחה שבעת פגיעת פוטון במתכת‪ ,‬נעלם הפוטון וכל האנרגיה שלו מועברת‬ ‫לאחד האלקטרונים במתכת‪.‬‬ ‫האנרגיה המינימלית הנדרשת על מנת לפלוט אלקטרון מהמתכת הינה תכונה של‬ ‫המתכת וקרויה בשם "פונקציית עבודה" ‪. B -‬‬ ‫לכן‪ ,‬אלקטרונים יכולים להיפלט מהמתכת רק כאשר האנרגיה של כל פוטון גדולה‬ ‫מפונקציית העבודה‪.‬‬ ‫במקרה כזה‪ ,‬שארית האנרגיה הופכת לאנרגיה הקינטית של האלקטרון‪Ek = hf - B :‬‬ ‫מסקנה – קיימת תדירות סף ‪ fo‬שתאפשר פליטה של אלקטרונים‪.‬‬ ‫תאוריה זו עונה על כל הקשיים שלא היו ניתנים להסבר על ידי הסתכלות על האור כעל גל‬ ‫בלבד‪:‬‬ ‫‪ .1‬הגדלת עוצמת האור משנה רק את מספר הפוטונים‪ ,‬אך לא את האנרגיה של כל אחד‬ ‫מהם‪ .‬לכן היא מגדילה את מספר האלקטרונים הנפלטים‪ ,‬אבל לא משפיעה על‬ ‫האנרגיה הקינטית של כל אחד מהם‪ .‬או לחלופין‪ ,‬אנרגיית הפוטון (התלויה רק‬ ‫בתדירותו שלא השתנתה) אינה גדולה מספיק על מנת לשחרר אלקטרון וכך‪ ,‬אף על‬ ‫פי שעוצמת האור הוגדלה עדין לא נפלטים אלקטרונים‪.‬‬ ‫‪ .2‬כאשר תדירות האור גדלה‪ ,‬האנרגיה של כל אחד מהפוטונים גדלה אף היא‪ ,‬ולכן‬ ‫גדלה האנרגיה הקינטית של האלקטרון הנפלט‪.‬‬ ‫‪ .3‬כאשר ‪ hf <B‬אין לפוטון אנרגיה מספיקה להוצאת אלקטרון מהמתכת‪ .‬זה המקור‬ ‫לתדירות הסף שנמצאה עבור המתכת‪.‬‬ ‫‪ .4‬פוטון אחד פולט אלקטרון אחד ‪ -‬קצב הפליטה נקבע על ידי האינטראקציה של הפוטון‬ ‫עם האלקטרון‪ .‬למרות שהקצב הממוצע של מעבר האנרגיה למתכת מאוד נמוך‪,‬‬ ‫האנרגיה אינה מתחלקת בין כל האלקטרונים‪ ,‬אלא מוענקת רק לחלק קטן מהם‪ ,‬אלה‬ ‫שהפוטונים פוגעים בהם‪.‬‬ ‫אופיינים‬ ‫‪ .1‬אופיין הזרם הנמדד כתלות במתח הנופל על התא – עוצמת‬ ‫האור ותדירותו קבועים‬ ‫‪ i‬זרם‬ ‫הופעת זרם רוויה‪ :‬ממתח חיובי מסוים‬ ‫ואילך הגדלת המתח לא משפיעה על‬ ‫הזרם כי כל האלקטרונים שנפלטו מהפולט‬ ‫הגיעו לקולט‪.‬‬ ‫מתח עצירה ‪ : V0‬המתח שממנו ואילך לא‬ ‫יגיעו אלקטרונים לקולט ולכן לא יימדד‬ ‫זרם‪.‬‬ ‫‪E K  E P  E K max  eV0‬‬ ‫‪ V‬מתח‬ ‫‪-V0‬‬ ‫‪ .2‬אופיין של אור מונוכרומטי בעוצמות שונות‬ ‫הגדלת עוצמת האור הגדילה‬ ‫את זרם הרוויה‬ ‫אך לא השפיעה על מתח‬ ‫העצירה‬ ‫הגדלת עוצמת האור‬ ‫הגדילה את מספר האלקטרונים‬ ‫הנפלטים אך לא שינתה את‬ ‫האנרגיה הקינטית המקסימאלית‬ ‫של כל אלקטרון‪.‬‬ ‫האנרגיה הקינטית המקסימאלית של אלקטרון נפלט‪ ,‬כתלות‬ ‫בתדירות האור הפוגע‪ ,‬עבור מתכות שונות‪.‬‬ ‫‪EKmax‬‬ ‫קיימת תדירות סף ‪: fo‬‬ ‫כדי שאלקטרון יפלט מהמתכת‬ ‫ונמדוד זרם במעגל‪ ,‬תדירות‬ ‫האור הפוגע צריכה להיות גדולה‬ ‫מתדירות סף שאופיינית לכל‬ ‫מתכת ‪ -‬ללא כל השפעה של‬ ‫עוצמת האור הפוגע‪.‬‬ ‫התלות בין האנרגיה הקינטית‬ ‫המקסימאלית של אלקטרון נפלט‬ ‫והתדירות לינארית והשיפוע‬ ‫קבוע ללא תלות במתכת‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪0‬‬