by Ερώτηση:
Σε ένα φωτοκύτταρο, κατά την μελέτη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, η ένταση του ανοδικού ρεύματος είναι ίση με i1, όταν η τάση μεταξύ ανόδου και καθόδου είναι μηδενική, ενώ η τάση αποκοπής είναι -2V (2V με θετική την φωτιζόμενη πλάκα).
- Με ποια κινητική ενέργεια φτάνουν, στην παραπάνω περίπτωση, τα ηλεκτρόνια στον συλλέκτη (στο ηλεκτρόδιο που ονομάζουμε άνοδο);
- Όταν η τάση μεταξύ «ανόδου» και «καθόδου» είναι ίση με -0,8V, η ένταση του ρεύματος που περνά από το μικροαμπερόμετρο, είναι ίση με:
α) i2=0,4i1, β) i2= i1, γ) i2= 1,2 i1. - Να κάνετε την γραφική παράσταση i=f(V) της έντασης του ρεύματος που διαρρέει το μικροαμπερόμετρο, σε συνάρτηση με την τάση μεταξύ ανόδου και καθόδου.
Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
Απάντηση ΜΑΘΗΤΗ:
- Με μηδενική τάση μεταξύ ανόδου και καθόδου, αν στην άνοδο φτάνουν 1.000 ηλεκτρόνια (στην πραγματικότητα φτάνουν ηλεκτρόνια της τάξης 1013) ανά δευτερόλεπτο, όλα αυτά τα ηλεκτρόνια έχουν ξεκινήσει από την κάθοδο με την ίδια κινητική ενέργεια, ίση με 2eV (δες εδώ και εδώ), κινούνται σε χώρο που δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο και φτάνουν στην άνοδο με την ίδια κινητική ενέργεια 2eV.
- Στην περίπτωση που η τάση μεταξύ ανόδου και καθόδου είναι V1=-0,8V, τότε ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων (έστω ξανά 1.000) που εξέρχονται από την κάθοδο με την ίδια κινητική ενέργεια 2eV, θα επιβραδυνθούν και θα φτάσουν στην άνοδο με κινητική ενέργεια 2eV-0,8eV=1,2eV. Αλλά τότε φτάνοντας ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων στην άνοδο στην μονάδα του χρόνου, η ένταση του ρεύματος η οποία διαρρέει το μικροαμπερόμετρο, δεν θα αλλάξει παραμένοντας ίση με i1. Σωστό το β).
- Με βάση την παραπάνω ανάλυση η ένδειξη του αμπερομέτρου παραμένει σταθερή για V<0, ενώ στη συνέχεια θα αυξηθεί φτάνοντας στο ρεύμα κόρου. Έτσι η γραφική παράσταση έχει την μορφή:
Σημείωση: Ξέρω ότι το βιβλίο δίνει το διάγραμμα να έχει την μορφή:
Με βάση την παραπάνω ανάλυση που έκανα, καταλήγω στο συμπέρασμα ότι είναι λάθος η γραφική παράσταση του βιβλίου και ελπίζω οι συμμαθητές μου τα επόμενα χρόνια να διδαχτούν την σωστή καμπύλη, αφού οι υπεύθυνοι θα διορθώσουν το σχολικό βιβλίο.
Συνάδελφοι, πώς θα βαθμολογούσατε την παραπάνω απάντηση του μαθητή;
Βρήκατε κάπου να γράφει για κατανομή κινητικών ενεργειών; Ακόμα και τότε που στην ύλη ήταν η τρίοδος λυχνία
την καμπύλη i=f(V) δεν την αγκίζαμε….
Κλείνω με ένα απόσπασμα από τις σημειώσεις που έχω στην e-class για τους μαθητές μου
Να θυμάστε…
-Χωρίς την κβάντωση της Η/Μ ακτινοβολίας, τα ηλεκτρόνια των ατόμων θα απορροφούσαν συνεχώς ενέργεια από φως οποιασδήποτε συχνότητας με αναπόφευκτο τέλος την πλήρη διάλυση της ύλης. Η κβάντωση του φωτός δεν είναι καπρίτσιο της φύσης, αλλά μια αναγκαιότητα συνυφασμένη με την ίδια την ύπαρξή μας.
-Είναι δεδομένο της κοινής εμπειρίας πως κάτω από ορισμένη συχνότητα η χημική δραστικότητα της Η/Μ ακτινοβολίας σταματά τελείως όσο μεγάλη και αν είναι η έντασή της, π.χ: μαυρίζουμε μόνο όταν εκτεθούμε σε υπεριώδη ακτινοβολία.
-Αν η Η/Μ ακτινοβολία είχε το συνεχή χαρακτήρα που της αποδίδει η κλασική θεωρία, τότε η απαιτούμενη ενέργεια θα μπορούσε να απορροφηθεί σιγά-σιγά και επομένως η αντίδραση θα συνέβαινε ανεξάρτητα από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός.
-Σε ένα τέτοιο κόσμο ακόμα και τα ραδιοφωνικά κύματα θα είχαν χημική δραστικότητα, δηλαδή θα μαυρίζαμε ακόμα και δίπλα σε μια ραδιοφωνική κεραία. Το γεγονός ότι αυτό δεν συμβαίνει αποδεικνύει πως η χημική δράση του φωτός έχει κβαντικό χαρακτήρα.
Απόσπασμα από το βιβλίο του Στέφανου Τραχανά 1985
Αυτός κατά τη γνώμη μου είναι ο βασικός διδακτικός στόχος…
Και παράπλευρα είναι:
-Έργο εξαγωγής
-Συχνότητα κατωφλίου
-Εξίσωση Einstein
-Τάση αποκοπής
-Μορφή καμπύλης i=f(V) για ορισμένη ένταση ακτινοβολίας
-Δύο καμπύλες i=f(V) για διαφορετικές εντάσεις της μονοχρωματικής ακτινοβολίας
Δεν χωρά τίποτα περισσότερο
καλησπέρα σε όλους
ομολογώ ότι για πολλούς λόγους, “χρονικούς” κυρίως, αρκετά χρόνια “εκτός”, πολλά χρόνια από τη φοίτηση στο ΕΚΠΑ, πάρα πολλά ως ηλικία, έχω κενά στο όλο θέμα,
με επιφυλλάξεις, άρα, η θέση μου, επί της ουσίας, είναι ότι για να εξέλθει ένα ηλεκτρόνιο θα πρέπει:
η προσπίπτουσα ακτινοβολία να έχει ενέργεια, άρα συχνότητα, μεγαλύτερη από κάποια τιμή
να το “πετύχει” ένα τέτοιο φωτόνιο
και η ενέργειά του, μόλις βγει, είναι hν-b
το καμπύλο τμήμα του διαγράμματος μπορεί να ερμηνευτεί από το ότι
μερικά ηλεκτρόνια πάνε στην τύχη
κάποια εμποδίζονται από άλλα
κάποια συγκρούονται με άλλα
η ανοδική τάση τα βάζει σε “πειθαρχία”, ώσπου, αυξανόμενη, όλα να φτάνουν σε αυτήν
(την “ένταση”, αν έτσι τη γράφει το σχολικό βιβλίο, δηλαδή τον ρυθμό πρόσπτωσης φωτονίων τη λέγαμε παλιά “φωτεινή ροή”)
Βαγγέλη, δεν υπάρχει καμία διαφωνία σε θέμα αιτιολόγησης
Σε διπλανή συζήτηση που απάντησες….Βαγγέλη, ρώτησα
πώς αιτιολογούμε τη μορφή της καμπύλης i=f(V) στο τμήμα από i1 όταν V=0
μέχρι i(κορ)
Ο Διονύσης, ο Αποστόλης, ο Γιάννης και ένας ακόμη συνάδελφος
ο Δημήτρης Πάππας μου απάντησαν…
Η διαφωνία είναι διδακτική…. στον αν είναι ωφέλιμο ή φορτώνει χωρίς λόγο τους μαθητές, η αναφορά στο γεγονός πως για μονοχρωματική ακτινοβολία τα φωτοηλεκτρόνια εξέρχονται με διαφορετικές κινητικές ενέργειες
Καλημέρα Θοδωρή.
Ξεχνώ ευκολα αλλά κάτι μου έρχεται στο μυαλό για μια συμπληρωματική οδηγία στο φωτοηλεκτρικό σχετική με μέγιστη κινητική ενέργεια. Έχει σταλεί τέτοια ή σε συζήτηση αναφέρθηκε κάτι;
Καλημέρα Γιάννη, μόνο αυτό θυμάμαι
Δεν αναφέρει κάτι για διδασκαλία Κmax, δηλαδή για φάσμα
κινητικών ενεργειών σε μονοχρωματική ακτινοβολία
Επιπλέον η κοινή λογική λέει πως δεν μπορεί υποχρεωτική διδακτέα
ύλη να είναι άλλη παρά μόνο αυτή που υπάρχει στο σχολικό
Καλημέρα Γιάννη και Θοδωρή. Στη σελίδα 58 των οδηγιών διδασκαλίας διαβάζουμε:
Γεια σου Αποστόλη, συμφωνώ, αυτό ανέβασα και εγώ στο χθεσινό σχόλιο πριν τα αρχεία του Μάζη…
Εσύ από αυτό το κείμενο καταλαβαίνεις πως πρέπει να γίνει αναφορά σε φάσμα κινητικών φωτοηλεκτρονίων όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία είναι μονοχρωματική;
Εγώ πάλι καταλαβαίνω το αντίθετο…
Ας έχει ο διδάσκων κατά νου ότι δεν βγαίνουν όλα με την ίδια κινητική (σωστό, οφείλει να το ξέρει) αλλά το σχολικό λέει ………οπότε στην τάξη λέμε…..
Τέλος πάντων, τη συζήτηση παρακολουθεί ο κύριος Διαμαντής, σύμβουλος Φυσικών, ο οποίος σήκωσε και το μεγαλύτερο βάρος της ενημέρωσης που έγινε για τη διδασκαλία της κβαντικής.
Αν δεν του κάνει κόπο, ας διασαφηνίσει τι ακριβώς οφείλουμε να κάνουμε…
Καλημέρα Θοδωρή και Αποστόλη.
Το τοπίο παραμένει θολό.
Το τοπίο θολώνει όταν οι εμπλεκόμενοι φορείς δεν συνεργάζονται
Άσκηση 28601 ΤΘΔΔ Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
4.1 Να υπολογίσετε σε eV, τη μέγιστη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που εξέρχονται από το μέταλλο της καθόδου, για τη συγκεκριμένη συχνότητα ακτινοβολίας.
Εκτιμώ ότι υπάρχει υποχρέωση σαφής από τους εμπλεκόμενους να δώσουν οδηγίες-εξηγήσεις
Θοδωρή οι “εκτός” δεν έχουμε την εκφώνηση
γιατί, όμως, λέει μέγιστη;
υπάρχει και ελάχιστη τη στιγμή εξόδου;
hν-b δεν είναι για όλα;
Βαγγέλη:
Όσο περισσότερο απέχει από τη στάθμη Φέρμι ένα ηλεκτρόνιο τόσο μικρότερη θα είναι η κινητική του ενέργεια γιατί θα χρειαστεί περισσότερη ενέργεια για την απελευθέρωση.
Βαγγέλη γράψε ΤΘΔΔ Φυσικής Άσκηση 28601
και θα βρεις και την εκφώνηση
Ο σύνδεσμος που έδωσα θέλει κωδικό στο ΙΕΠ για να μπεις
Ενέργεια Fermi Ας κάνουμε και λίγο Στατιστική Φυσική
Έχω και ένα εύκολο βιβλίο του F. Mandl στη βιβλιοθήκη….
Καλησπέρα συνάδελφοι. Νομίζω το τέλος της παραγράφου του σχολ. βιβλίου, αναφέρει ότι δεν έχουν όλα τα ηλεκτρόνια την ίδια κινητική ενέργεια κι ότι υπάρχουν αυτά με τη μέγιστη.
“Το διάγραμμα 7.4 παριστάνει την ένταση του ρεύματος σε συνάρτη-
ση με την τάση μεταξύ ανόδου καθόδου στο κύκλωμα του σχήματος
7.3. Παρατηρήστε ότι για τάση μηδέν έχουμε ρεύμα, που σημαίνει ότι
τα φωτοηλεκτρόνια εξέρχονται από την κάθοδο με κινητική ενέργεια
που τους επιτρέπει να κινηθούν μέχρι την άνοδο. Ρεύμα έχουμε και
για τάσεις λίγο μικρότερες από το μηδέν. Τάση αρνητική, εδώ, σημαί-
νει ότι η άνοδος έχει μικρότερο δυναμικό από την κάθοδο. Στην περί-
πτωση αυτή το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ ανόδου – καθόδου παρεμπο-
δίζει τα ηλεκτρόνια που εξέρχονται από την κάθοδο να φτάσουν στην
άνοδο. Εφόσον για κάποιες αρνητικές τιμές της τάσης έχουμε ρεύμα,
η κινητική ενέργεια ορισμένων ηλεκτρονίων, όταν εξέρχονται από την
κάθοδο, είναι αρκετά μεγάλη ώστε να υπερνικήσουν το αντιτιθέμενο
ηλεκτρικό πεδίο και να φτάσουν στην άνοδο. Η τάση (Vo) στην οποία
διακόπτεται το ρεύμα ονομάζεται τάση αποκοπής.”
Η δήλωση είναι σαφής Παναγιώτη. Το αναφέρει.
Καλό θα ήταν να ανέφερε και το γιατί έχουν μεγαλύτερη κινητική ενέργεια, όμως το λέει.
Ο προβληματισμός για το αν η αναφορά αυτή μπορεί να στηρίξει θέματα Εξετάσεων παραμένει. Φυσικά οι εδώ συζητήσεις για την καμπύλη καλές και χρήσιμες.
Θοδωρή καλησπέρα
Δες εδώ σύνδεσμο με τα θέματα της Γ Λυκείου, θέματα και απαντήσεις σε word και pdf, χωρίς ανάγκη κωδικού
όπως επίσης και εδώ από το ΙΕΠ