by 
Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως ισχύος 100W, εκπέμπει μόνο το 8% σε φωτεινή (στην περιοχή του ορατού) ακτινοβολία. Δεχόμαστε ότι η εκπεμπόμενη φωτεινή ενέργεια αντιστοιχεί σε φως με μήκος κύματος λ=600nm. Ο λαμπτήρας συγκρατείται σε απόσταση R=2m, από μια μεταλλική επιφάνεια, εμβαδού Α=3,14 cm2, με την επιφάνεια αυτή, κάθετη στην απόσταση R.
- Πόση φωτεινή ενέργεια προσπίπτει ανά δευτερόλεπτο στην μεταλλική επιφάνεια και πόση ενέργεια μπορεί να απορροφήσει ανά δευτερόλεπτο ένα άτομο του μετάλλου, στην επιφάνεια της πλάκας, δεχόμενοι ομοιόμορφή σφαιρική εκπομπή φωτός από τον λαμπτήρα;
- Με δεδομένο ότι η ενέργεια που θα απορροφήσει το άτομο, θα χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου του, με αποτέλεσμα να έχουμε εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων από την μεταλλική επιφάνεια, να υπολογιστεί το χρονικό διάστημα φωτισμού του ατόμου, για να έχουμε εξαγωγή ενός ηλεκτρονίου, σύμφωνα με την κλασσική θεωρία. Θεωρούμε ότι το άτομο απορροφά όλη την ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προσπίπτει πάνω του.
- Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία το φως αποτελείται από φωτόνια. Πόσα φωτόνια προσπίπτουν στην επιφάνεια της πλάκας ανά δευτερόλεπτο; Να συγκριθεί το πλήθος των φωτονίων αυτών, με τον πληθυσμό της Γης, ο οποίος υπολογίζεται στα 8 δισεκατομμύρια.
- Αφού αποδείξετε ότι το φως της παραπάνω λάμπας, μπορεί να προκαλέσει εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων από την μεταλλική πλάκα, να υπολογισθούν:
α) η μέγιστη κινητική ενέργεια σε eV, την οποία μπορεί να έχουν τα εξερχόμενα ηλεκτρόνια.
β) ο χρόνος που απαιτείται να φωτισθεί η μεταλλική πλάκα, ώστε να αρχίσει η εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων.
Δίνεται το έργο εξαγωγής του μετάλλου φ=1,86eV, η ατομική ακτίνα του υλικού της μεταλλικής πλάκας r=2,6∙10-10m, h=6,63∙10-34 J∙s, c=3∙108m/s και 1eV=-1,6∙10-19J.
ή
Καλή χρονιά σε όλους.
Ξεκινάμε το νέο έτος, με μια άσκηση, η οποία προέκυψε μετά την παρακολούθηση κάποιων μαθημάτων στο mathesis και την απόλαυση της διδασκαλίας του Στέφανου Τραχανά.
Καταπληκτική Διονύση!!
Χρόνο να βρουν οι συνάδελφοι να την κάνουν στις τάξεις σχολείων και φροντιστηρίων.
Καταλαβαίνεις τη διαφορά, αλλιώς μένουν μονο λόγια περί ανεπάρκειας της κλασικής Φυσικής.
Καλή χρονιά παιδιά!
Το νέο έτος ξεκίνησε, όπως του πρέπει… πλήρες φωτονίων. Εντυπωσιακό θέμα Διονύση!
Διονύση καλησπέρα.
Ποδαρικό με γερό θέμα. Θέμα κατανόησης που ξεκαθαρίζει τα πράγματα.
Να σαι καλά.
Καλησπέρα παιδιά.
Γιάννη, Αποστόλη και Χρήστο σας ευχαριστώ για το σχολιασμό και χαίρομαι που σας αρέσει σαν θέμα.
Καλή χρονιά Διονύση, να έχεις πάντα διάθεση να μας δίνεις φρέσκες ιδέες..
Θα προσπαθήσω να διατυπώσω κάποιες σκέψεις χωρίς πρόθεση να υποστηρίξω
ή να φρενάρω αναρτήσεις σαν αυτή
-Η νέα ύλη είναι ήδη μεγάλη… ίσως θα ήταν καλό να μην ανοίγουμε περισσότερο
αυτά που πρέπει να κατανοήσουν οι μαθητές…έστω και αν εμείς “χαιρόμαστε”
με αυτά….
Η ένταση ακτινοβολίας αν δεν κάνω λάθος δεν αναφέρεται στο σχολικό…
Οι γνώσεις στερεομετρίας είναι ελάχιστες και αυτό δεν είναι ευθύνη των μαθητών….
Το τυπολόγιο που πιθανά θα συνοδεύει τα θέματα δεν αρκεί…
Μην ξεχνάμε πως δεν έχουν διδαχθεί ούτε καν το νόμο του Gauss στον ηλεκτρισμό
για να έχουν μια προηγούμενη εμπειρία……
-Οι πράξεις αποτρεπτικές για εξετάσεις και μάλλον “σκοτώνουν” το ενδιαφέρον ακόμα και αυτών που μέσα στην πίεση της προετοιμασίας των εξετάσεων θα βρουν γοητευτικά όλα όσα καλούνται να μάθουν… οι μαθητές δεν έχουν εμπειρία στρογγυλοποιήσεων στις πράξεις και φοβάμαι πως δεν είναι η κατάλληλη περίοδος για να την αποκτήσουν…..
Αν το ενδεχόμενο χρήσης calculator στις εξετάσεις οφείλεται στη δυσκολία των πράξεων με τη σταθερά του Planck και τη μετατροπή των Joules σε eV, νομίζω πως είναι μια λανθασμένη επιλογή, αφού η πλειοψηφία των μαθητών θα αισθανθούν
δικαίωση που αποφοιτούν από το Λύκειο και δεν ξέρουν διαίρεση δεκαδικών αριθμών…
-Ερωτήματα για τον αριθμό φωτονίων, είναι σα να ζητάμε εκτίμηση για το πλήθος των κόκκων άμμου σε ένα δοχείο….. δεν βλέπω την διδακτική αξία τέτοιων ερωτημάτων, πέρα από μια αίσθηση εντυπωσιασμού…..ας προσεγγίσουν πρώτα τι είναι το φωτόνιο
και μετά βλέπουμε….
Αν δεν έκανα λάθος στις πράξεις “η ενέργεια που προσπίπτει ανά δευτερόλεπτο στην επιφάνεια της μεταλλικής πλάκας” είναι 6,25*10^(-4)J , οπότε η φωτεινή ενέργεια είναι
0,5*10^(-4)J , άρα 1,5*10^14 φωτόνια και 20000 πλανήτες
Και για να μη λες πως μόνο “γκρινιάζω” πολύ σημαντικά όσα αναφέρεις στο σχόλιο…
Αυτό και μόνο αρκεί για να συμφωνήσω με τα θετικά σχόλια που έχει ήδη εισπράξει η ανάρτηση
Καλημέρα σε όλους.
Διονύση πολύ καλή για τη φαρέτρα του εκπαιδευτικού.
Θέλοντας να αναφέρω τον αξέχαστο Βαγγέλη Κορφιάτη, θυμάμαι που μου είπε το:
“να προσέχεις το δισεκατομμύριο γιατί έχει δυο έννοιες”
(τότε το ίντερνετ δεν ήταν σε χρήση για εμάς ακόμη)
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Το δισεκατομμύριο είναι αριθμός με δύο ξεχωριστούς ορισμούς:
Ο Βαγγέλης μου είχε πει ότι η ακριβής του “παραγωγή” είναι από το
εκατό (100) μύριοι (10.000) = 10^6 άρα
δις εκατό (100) μύριοι 10.000 = (10^6)^2 (δις) = 10^12
αν τηρηθεί επ’ ακριβώς η “εντολή” της γλώσσας (που επίσης τόσο καλά κατείχε)
Να είστε όλοι καλά!!!
Καλημέρα Διονύση ,
καλή χρονιά
και χρόνια πολλά με υγεία σ’όλη την παρέα.
Θέμα αξίας με ιδιαίτερη την αντιπαράθεση κλασσικής και κβαντικής θεωρίας.
Μόλις είδα το σχόλιο του Θοδωρή που μιλάει για την μη αναφορά της ‘’έντασης ακτινοβολίας’’ στο σχολικό ,όπου όμως αυτό αναφέρει (χωρίς μαθηματική έκφραση -τύπο, βέβαια)…
” Το μέγεθος που εκφράζει την ενέργεια που εκπέμπεται από τη μονάδα επιφάνειας σώματος στη μονάδα του χρόνου ονομάζεται ένταση της ακτινοβολίας συμβολίζεται με το Ι και στο SI μετριέται σε J/m^2s ή W/m^2 “
Ήθελα εδώ να εκφράσω μια απορία στους τρόπους έκφρασης:
α) στον προηγούμενο ορισμό της έντασης ακτινοβολίας αναφέρεται η ένταση σαν ‘’ενέργεια από τη μονάδα επιφάνειας σώματος στη μονάδα του χρόνου”
ενώ σε άλλα έντυπα …’’ ’ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας σώματος και ανά μονάδα χρόνου’’, όπως και στο θέμα χρησιμοποιείς Διονύση.
Είναι ισοδύναμοι οι τρόποι έκφρασης η όχι ;
Τώρα στο θέμα γράφεις: i) Πόση φωτεινή ενέργεια προσπίπτει ανά δευτερόλεπτο στην μεταλλική επιφάνεια…
Στην απάντηση: γράφεις W 1=IAΔt ενώ θα περίμενα W1/Δt=IA….=…J/s
Να είσαι καλά και να περνάς επίσης
Καλημέρα Θοδωρή και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό, την τοποθέτηση και την διόρθωση στον αριθμό των απαιτούμενων πλανητών!
Όσον αφορά τις αντιρρήσεις σου, επιγραμματικά:
1) Η ένταση της ακτινοβολίας πρέπει να διδαχτεί. Ακριβώς με την ίδια λογική που δίδαξες της δυναμική ενέργεια του ελατηρίου. Και το ένα και το άλλο «χάθηκαν» στον δρόμο, αλλά είναι απαραίτητα για μια στοιχειωδώς ουσιαστική διδασκαλία. Και μην μου πεις ότι δεν μπορείς να διδάξεις ταλαντώσεις, χωρίς την δυναμική ενέργεια του ελατηρίου! Μπορείς και παρα-μπορείς. Δεν είναι υποχρεωτικό να την βάλεις στο παιχνίδι. Μένεις μόνο στην δυναμική ενέργεια ταλάντωσης… Έτσι και για την ένταση, ή την διδάσκεις ή αλλιώς βάζεις τους μαθητές να παπαγαλίζουν απλά:
Ή ακόμη:
.
Ας το παπαγαλίσουν και ας μην καταλαβαίνουν τι λένε…
2) Όσον αφορά τις αδυναμίες στην στερεομετρία, ας διδαχτεί η άσκηση και ας τονίσει ο διδάσκων τα μαθηματικά «κενά», αν κρίνει ότι η φυσική του θέματος έχει κάποια αξία.
3) Δεν με βρίσκει καθόλου σύμφωνο η θέση: «σα να ζητάμε εκτίμηση για το πλήθος των κόκκων άμμου σε ένα δοχείο….. δεν βλέπω την διδακτική αξία τέτοιων ερωτημάτων, πέρα από μια αίσθηση εντυπωσιασμού…..ας προσεγγίσουν πρώτα τι είναι το φωτόνιο…»
Η πρώτη προσέγγιση του τι είναι το φωτόνιο, έχει να κάνει με το πόση ενέργεια μεταφέρει. Οι αριθμοί 10-10, 10-19, 10-31 ή 108 και 1024 δεν λένε απολύτως τίποτα σε ένα μαθητή. Πάντα, όταν δίδασκα προσπαθούσα να δώσω μέτρο σύγκρισης για το Ν (στο mol) ή για το φορτίο του ηλεκτρονίου και το πόσα ηλεκτρόνια διέρχονται από μια διατομή ενός σύρματος που διαρρέεται από ρεύμα 1Α…
Δεν είναι θέμα «εντυπωσιασμού», αλλά αν μπορέσεις να εντυπωσιάσεις με κάτι τους μαθητές, θετικό είναι και όχι αρνητικό. Μακάρι να έχεις πολλές ευκαιρίες να προκαλέσεις τον εντυπωσιασμό τους…
Συμπέρασμα;
Κράτησα το συμπέρασμα σε άλλο σχόλιο, γιατί θέλω να τονιστεί.
Η ουσία του θέματος μετράει και όχι οι δυσκολίες που επικαλείσαι Θοδωρή.
Τι θέλω να πω;
1) Ας μην διδάξεις την ένταση (κακώς για μένα), υπάρχει όμως και η απλή μέθοδος ή η αναλογία που διδάσκονται σήμερα τα παιδιά: Ας δοθεί λοιπόν:
Σε επιφάνεια εμβαδού 2cm2 πέφτει ισχύς ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας 10-4W. Πόση ισχύς που πέφτει σε ένα άτομο με επιφάνεια 10-19m2; Μια αναλογία μόνο και «εξουδετερώθηκε» η ένταση, η επιφάνεια σφαίρας και η επιφάνεια κύκλου!
2) Δεν ξέρω αν επιτραπεί φέτος η χρήση calculator. Η αλλαγή έχει και τα υπέρ και τα κατά… Αλλά οι αριθμητικές πράξεις μπορούν να γίνουν, αρκεί να δοθούν κατάλληλα δεδομένα. Και όταν λέω δεδομένα δεν είναι ανάγκη να δοθούν ακριβείς τιμές στις σταθερές. Π.χ. δίνονται h=6∙10-34J∙s ή και h≈10-34J∙s, me=10-30kg και όχι 9,1∙10-31kg…
Το γιατί δεν το έκανα εγώ παραπάνω; Γιατί προσπάθησα να δώσω μια πορεία σκέψης και δεν είχα πρόβλημα να χρησιμοποιήσω υπολογιστή… Δεν θα έκανα τις πράξεις με το … μάτι!
Καλημέρα Βασίλη, καλημέρα Παντελή και σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Βασίλη ο πληθυσμός της Γης είναι 8 δισεκατομμύρια! Έτσι γράφεται καθημερινά στον τύπο. Τι ακριβώς καταλαβαίνει ο αναγνώστης;
Παντελή προσωπικά βλέπω τους δύο ορισμούς ισοδύναμους. Ποιο διαφορετικό μήνυμα θα μπορούσαν να μεταφέρουν;
Όσον αφορά την ενέργεια από την ένταση, θα μπορούσα να έχω γράψει ένα σκαλοπάτι ακόμη…
Καλημέρα παιδιά.
Η ανάρτηση έχει διδακτική αξία. Εισάγει και ένα επιστημονικό τρόπο σκέψης που θα δώσει στους μαθητές να καταλάβουν ποια πορεία ακολουθεί η επιστήμη όταν απορρίπτει κάτι. Ας μην πέσει σε Εξετάσεις.
Πολλές φορές πονήματα που δεν είναι θέματα και στήθηκαν για να διδάξουν έχουν μεγαλύτερη αξία από άλλα που στήθηκαν για να αποτελέσουν Δ΄ θέματα.
Ένα όμορφο σημείο της ανάρτησης είναι εκεί που λέει ότι θα έπρεπε να περάσει χρόνος 0,7s για να δραπετεύσει το ηλεκτρόνιο.
Καλημέρα και πάλι.
Η διευκρίνιση έγινε απλά για να θυμηθούμε το Βαγγέλη και να “συμπληρώσουμε” γνώσεις.
Καμία ασάφεια δεν υπάρχει στο 8 δισεκατομμύρια και καμία παρανόηση δεν υπάρχει σε κανένα αναγνώστη.
Καλημέρα Βασίλη.
Φανερός ο λόγος της παρέμβασής σου.
Διαβάζω στην Βικιπαίδεια:
Στα αμερικανικά αγγλικά ο ορισμός της μικρής κλίμακας για το δισεκατομμύριο (1.000.000.000) είναι δάνειο από τους Γάλλους.[3] Το Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποιούσε τον ορισμό της μακράς κλίμακας (1.000.000.000.000) μέχρι το 1974, όταν η κυβέρνηση άρχισε να χρησιμοποιεί επίσημα τον ορισμό της μικρής κλίμακας (1.000.000.000). Από την δεκαετία του 1950 η μικρή κλίμακα (1.000.000.000) χρησιμοποιούταν όλο και περισσότερο σε τεχνικά γραπτά και στη δημοσιογραφία. Ο παλιός ορισμός της μακράς κλίμακας απολαμβάνει μια περιορισμένη χρήση στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Νομίζω λοιπόν, ότι ακόμη και οι Βρετανοί (που όπως και να το δούμε επιμένουν στα δικά τους, ακόμη και να οδηγούν …ανάποδα, αφού ο κόσμος οφείλει να υπακούει στην …Αυτοκρατορία τους…) έχουν προσαρμοστεί από το 1974…