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
Kαλημερα Παντελη και καλη Χρονιά.Ναι ειναι ισοδυναμοι τροποι εκφρασης καθως και το ισχυς ανα μοναδα επιφανειας.
Καλησπέρα σε όλους, έχετε δίκιο αναφέρεται ο ορισμός της έντασης στο σχολικό.
Δεν έχω διαβάσει ακόμα το σχολικό, γενικότερα δεν έχω ασχοληθεί με το κεφάλαιο
της “σύγχρονης” φυσικής….
Θα ξαναγράψω ό,τι και στο προηγούμενο σχόλιο
“Θα προσπαθήσω να διατυπώσω κάποιες σκέψεις χωρίς πρόθεση να υποστηρίξω
ή να φρενάρω αναρτήσεις σαν αυτή”
Και αυτό δεν γίνεται από ευθυνοφοβία, αλλά από γνώση πως αν δεν διδάξεις
κάτι για 2-3 χρόνια δεν μπορείς να έχεις τεκμηριωμένη αντίληψη
Συνεχίζω να πιστεύω πως ο ορισμός της έντασης είναι “αναιμικός”….
κάθε ανάρτηση που τον χρησιμοποιεί θα πρέπει να συνοδεύεται από ένα σχήμα
σαν αυτό
ώστε στοιχειωδώς να βοηθά τον άπειρο στον χώρο μαθητή να αποκτά
μια αίσθηση για τι πράγμα μιλάμε….
Σε κάθε άλλη περίπτωση τυπολόγιο παπαγαλίας θα καταντήσει όπως και πολλά άλλα…
Συμφωνώ πως πρέπει να διδαχτεί γιατί έχει αξία, αλλά δεν μπορεί να αποτελέσει
προτεραιότητα…..
Μακάρι να έχω λάθος, αλλά βλέπω βλέμματα φοβισμένα με αγανάκτηση για
το συνεχές φόρτωμα εννοιών….εδώ κλώτσησαν στην τριγωνική ανισότητα
ή στους τριγωνομετρικούς μετασχηματισμούς στην εξίσωση του στιγμιότυπου…
και προφανώς δεν φταίνε αφού τριγωνομετρικό κύκλο δεν μαθαίνουν να χρησιμοποιούν….
Πολλές φορές έχω ζητήσει πλήθος φωτονίων μονοχρωματικής ακτινοβολίας
με λο=663nm…..δεν είμαι βέβαιος ότι πέτυχα κάτι….
Όταν όμως μιλάγαμε για διαστάσεις πυρήνα-ατόμου και την αναλογία κεράσι-ΟΑΚΑ
ήμουν σίγουρος πως κάτι πέτυχα…. όπως και όταν έλεγα πως μια ακτίνα φωτός
ώσπου να πω έ-ν-α έχει κάνει 7,5 περιστροφές γύρω από τον Ισημερινό της Γης…..θέλω να πω πως οι μαθητές “νιώθουν” ως μέγεθος αυτό από το οποίο έχουν βιωματική εμπειρία…….
Φοβάμαι Διονύση πως δεν συμφωνούν όλοι με την άποψη:
“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…”
Εδώ το g ξαναγύρισε στην τιμή 9,8m/s^2…..
Προσωπικά όταν αναγκάζομαι να χρησιμοποιήσω calculator δεν νιώθω “επιστήμονας”
αλλά ξενερώνω, όπως φαντάζομαι και εσύ Διονύση, που ξέρω πως αρνείσαι να πιάσεις μολύβι….
Η συνέχεια της χρονιάς προβλέπεται άκρως ενδιαφέρουσα….
Καλή χρονιά σε όλους
Καλησπέρα Θοδωρή.
Η θεωρία του βιβλίου περί έντασης είναι πράγματι “αναιμική”, γι΄ αυτό στην προηγούμενη απάντησή μου, υποστήριξα ότι πρέπει να διδαχτεί η ένταση (όπως και η δυναμική ενέργεια του ελατηρίου…), εννοώντας να διδαχτεί με όλα τα σχετικά… όπως το σχήμα που έδωσες και με κάποια παραδείγματα εφαρμογής.
Όσον αφορά τις στρογγυλοποιήσεις των σταθερών, τι να πω; Υπάρχει συνάδελφος που νομίζει ότι αποκτά ιδιαίτερη διδακτική αξία ή επιστημονικό κύρος μια άσκηση, για την οποία δίνεται ότι g=9,81m/s^2, αντί για 10m/s^2;
Καλησπέρα Διονύση. Το αναλυτικό πρόγραμμα μας δίνει 12 ώρες στο φωτοηλεκτρικό και κατά τη γνώμη μου σωστά, αφού είναι ένα δύσκολο, στη διδασκαλία και μελέτη, φαινόμενο. Έχει καινούργιες έννοιες με το “τσουβάλι” και οι μαθητές πρέπει να γνωρίζουν πως όλα αυτά τα φυσικά μεγέθη αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν το φαινόμενο.
Η ανάρτησή σου αποτελεί διδακτική πρόταση. Δε μπορούμε να μιλάμε για ένταση Ι ακτινοβολίας χωρίς πλήρη ορισμό. Και θα το κάνουμε πριν μπούμε στο μέλαν σώμα, αφού εκεί πρώτα συναντάμε το μέγεθος. Επίσης θα πρέπει να ορίσουμε σαφώς και την φασματική αφετική ικανότητα (ας την πούμε ένταση ανά μονάδα μήκους κύματος) Ι(λ), αφού αυτή τη συνάρτηση μελετάμε στη θεωρία του μέλανος σώματος. Μόνο έτσι θα υπάρξει συνέπεια στη διδασκαλία.
Η ανάρτησή σου είναι εργαλείο για να δείξει την αδυναμία της κλασσικής και τη δύναμη της κβαντικής ερμηνείας και θα βοηθήσει πολύ τους μαθητές.
Δυστυχώς η αδυναμία εξήγησης της απουσίας χρονοκαθυστέρησης στην εκπομπή φωτοηλεκτρονίων, δεν είναι στην ύλη, αλλά μια νύξη στα παιδιά πρέπει να γίνει.
Η σταθερά Planck άνετα μπορεί να δίνεται h = (20/3) . 10 ^(-34) J.s και να μη χρειάζεται κομπιουτεράκι. Η τάξη μεγέθους είναι ό,τι πρέπει να καταλάβουν – εγώ θα είμαι αυστηρός σε αυτό – και τα “ψιλά” μπροστά δεν θα μας πειράξουν. Άλλωστε όσοι μπαίνουμε σε τάξεις ξέρουμε πολύ καλά ότι η γενιά του κινητού, δεν ξέρει πράξεις με δεκαδικούς…
Καλησπέρα Ανδρέα και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό και την κατάθεση της σκέψης σου.
Ευχαριστούμε Διονύση για την πολύ ουσιαστική ανάρτηση. Με την ευκαιρία, να υπενθυμίσω μία δική μου εδώ στη λογική του ερωτήματος (ii) που θέτεις.
Καθώς έγινε λόγος παραπάνω για χρήση calculator, αξίζει ίσως να παρατηρήσουμε από το τυπολόγιο του Υπουργείου το παρακάτω:
Υ.Γ. Διονύση δεν δίνεις την τιμή της σταθεράς c της ταχύτητας του φωτός.
Καλημέρα Μίλτο και σε ευχαριστώ για το σχόλιο.
Σε ευχαριστώ για την επισήμανση της έλλειψης του c.
Την δική σου ανάρτηση την θυμάμαι και είναι η πρώτη που ασχολήθηκε με την καθυστέρηση απελευθέρωσης ηλεκτρονίων, με βάση την κλασσική θεωρία.
Όσον αφορά τις μονάδες που δίνει το τυπολόγιο του υπουργείου, καλά κάνει και ίσως πρέπει να συνηθίσουμε τους μαθητές σε χρήση και μονάδων εκτός S.I. αφού έτσι διευκολύνονται πολύ και οι πράξεις…