Συχνότητα κατωφλίου έναντι συνάρτησης εργασίας
Η συνάρτηση εργασίας και η συχνότητα κατωφλίου είναι δύο όροι που σχετίζονται με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πείραμα για την επίδειξη της σωματιδιακής φύσης των κυμάτων. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τι είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ποια είναι η συνάρτηση εργασίας και η συχνότητα κατωφλίου, οι εφαρμογές τους, οι ομοιότητες και οι διαφορές μεταξύ της συνάρτησης εργασίας και της συχνότητας κατωφλίου.
Τι είναι η συχνότητα κατωφλίου;
Για να κατανοήσουμε σωστά την έννοια της συχνότητας κατωφλίου, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι η διαδικασία της εκτόξευσης ενός ηλεκτρονίου από ένα μέταλλο σε περίπτωση προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο περιγράφηκε για πρώτη φορά σωστά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Η κυματική θεωρία του φωτός απέτυχε να περιγράψει τις περισσότερες από τις παρατηρήσεις του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Υπάρχει μια συχνότητα κατωφλίου για τα προσπίπτοντα κύματα. Αυτό δείχνει ότι ανεξάρτητα από το πόσο έντονα είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα ηλεκτρόνια δεν θα εκτινάσσονται εκτός εάν έχει την απαιτούμενη συχνότητα. Η χρονική καθυστέρηση μεταξύ της πρόσπτωσης του φωτός και της εκτίναξης των ηλεκτρονίων είναι περίπου το ένα χιλιοστό της τιμής που υπολογίζεται από την κυματική θεωρία. Όταν παράγεται φως που υπερβαίνει τη συχνότητα κατωφλίου, ο αριθμός των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων εξαρτάται από την ένταση του φωτός. Η μέγιστη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που εκτοξεύονταν εξαρτιόταν από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός. Αυτό οδήγησε στο συμπέρασμα της θεωρίας φωτονίων του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι το φως συμπεριφέρεται ως σωματίδια όταν αλληλεπιδρά με την ύλη. Το φως έρχεται ως μικρά πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Η ενέργεια του φωτονίου εξαρτάται μόνο από τη συχνότητα του φωτονίου. Αυτό μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο E=h f, όπου E είναι η ενέργεια του φωτονίου, h είναι η σταθερά Plank και f είναι η συχνότητα του κύματος. Οποιοδήποτε σύστημα μπορεί να απορροφήσει ή να εκπέμψει μόνο συγκεκριμένες ποσότητες ενέργειας. Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι το ηλεκτρόνιο θα απορροφήσει το φωτόνιο μόνο εάν η ενέργεια του φωτονίου είναι αρκετή για να μεταφέρει το ηλεκτρόνιο σε σταθερή κατάσταση. Η συχνότητα κατωφλίου συμβολίζεται με τον όρο ft
Τι είναι η συνάρτηση εργασίας;
Η συνάρτηση εργασίας ενός μετάλλου είναι η ενέργεια που αντιστοιχεί στη συχνότητα κατωφλίου του μετάλλου. Η συνάρτηση εργασίας συνήθως συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα φ. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν χρησιμοποίησε τη συνάρτηση εργασίας ενός μετάλλου για να περιγράψει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Η μέγιστη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που εκτοξεύονταν εξαρτιόταν από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτονίου και τη συνάρτηση εργασίας. K. E.max=hf – φ. Η συνάρτηση εργασίας ενός μετάλλου μπορεί να ερμηνευθεί ως η ελάχιστη ενέργεια δεσμού ή η ενέργεια δεσμού των επιφανειακών ηλεκτρονίων. Εάν η ενέργεια των προσπίπτων φωτονίων είναι ίση με τη συνάρτηση εργασίας, η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που απελευθερώνονται θα είναι μηδέν.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της συνάρτησης εργασίας και της συχνότητας κατωφλίου;
• Η συνάρτηση εργασίας μετριέται σε τζάουλ ή ηλεκτρονιοβολτ, αλλά η οριακή συχνότητα μετριέται σε hertz.
• Η συνάρτηση εργασίας μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας στην εξίσωση Αϊνστάιν του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Για να εφαρμοστεί η συχνότητα κατωφλίου, η συχνότητα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με τη σταθερά σανίδας για να ληφθεί η αντίστοιχη ενέργεια.
