Μια απορία για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Αμφιβάλλω αν το είπε με αυτό το πνεύμα ο κ. Τραχανάς. Επίσης όμως αμφιβάλλω αν οι κατασκευαστές της προσομοίωσης ασχολήθηκαν με το ρεύμα κόρου(μόνο τα ελληνικά Study for exams ασχολούνται) άρα ενδέχεται να είναι λάθος η προσομοίωση. Στην νέα έκδοση προσομοιώσεων PHET σε HTLΜ5 έχει απαλειφθεί η συγκεκριμένη προσομοίωση. Σίγουρα όμως το υπουργείο που υποστηρίζει ΚΑΙ τα study for exams ΚΑΙ την προσομοίωση (το γράφει στις ΕΠΙΣΗΜΕΣ οδηγίες προς εκπαιδευτικούς μάλιστα λέει να προτιμήσουμε την προσομοίωση από το πείραμα) οφείλει μια εξήγηση. Για να είμαι ειλικρινής στην αρχή μου κακοφάνηκε που το υπουργείο προτιμά την προσομοίωση από το πείραμα. Όταν όμως ο Συνάδελφος Παναγιώτης Σάμιος επιχείρησε να κάνει το πείραμα με τη μοναδική διάταξη που έχουμε στο σχολείο(Πειραματικό Λυκειο παρακαλώ) και μάλιστα χειμώνα με σχετική υγρασία κατάλαβα ότι το υπουργείο είχε δίκιο για την προσομοίωση.

Πάντως η παρακάτω άλλη προσομοίωση δίνει ρεύμα κόρου ανεξάρτητο του μήκους κύματος για ίδια ένταση

https://javalab.org/en/photoelectric_effect_2_en/

Μα όταν αναφερόμουνα στο πείραμα αναφερόμνουνα στις μετρήσεις του πειραματος. Εκτός αν θεωρείτε ότι γίνεται πείραμα επίδειξης μόνο για το θεαθήναι όπως γίνεται στο Γυμνασια. Και μια και έκανα το πείραμα κατάφερα να αποδείξω πειραματικα δύο πράγματα α) ότι υπάρχει τάση αποκοπής (σημαντικό και αυτό) β) ότι ….δεν ισχύει η εξίσωση του Einstein για τη συγκεκριμένη πειραματική διάταξη του σχολείου.Οι μαθητές όντως πήραν ένα αλησμόνητο μάθημα (το θεωρώ εξίσου χρήσιμο) για τα σφάλματα των ελληνικων εργαστηρίων και για το που να σπουδασουν αν γίνουν πειραμτικοί φυσικοί.

Με εκτίμηση

Βαγγέλη σε καμία περίπτωση δεν είχα σκοπό να υποβαθμίσω τα πειράματα του Γυμνασίου ή ακόμα και του Δημοτικού. Ίσα ίσα σε μια ηλικία που οι περισσότεροι μαθητές δεν έχουν αναπτύξει αφηρημένη σκέψη η φυσική είναι περισσότερο ελκυστική ως ” φυσική πειραματική” για να χρησιμοποιήσω έναν όρο της δεκαετίας του 1970 που υπήρχε ως τίτλος βιβλίου του δημοτικού. Αυτό που ήθελα να πώ, και μάλλον έκανα ατυχή διατύπωση, είναι ότι το νόημα του φωτοηλεκτρικού φαινόμενου έγκειται στην αξία των μετρήσεων και επεξεργασία των αποτελεσμάτων και όχι τόσο στην οπτική εντύπωση όπως πειράματα στατικού ηλεκτρισμού, οπτικής, θερμότητας που, ακόμα και χωρίς μετρήσεις, αποτελούν ένα ισχυρότατο ερέθισμα ικανό να έλξει τους μαθητές τέτοιων ηλικιών προς τη φυσική και να διασαφηνίσει ένα σωρό πρωτόλειες έννοιες. Επί του προκειμένου : Ακόμα και η ύπαρξη δυναμικού αποκοπής στο φωτοηλεκτρικό αρκεί για να καταστρέψει την κλασική θεωρία και να πείσει ένα δύσπιστο μαθητή για την αξία του. Και μόνο για αυτό αξίζει να κάνεις το πείραμα. Γι αυτό άλλωστε ενοχλήθηκα όταν το υπουργείο πρότεινε την προσομοίωση για μετρήσεις. Προτιμώ να κάνω λάθος μετρήσεις παρά να βάλω μαθητές να επεξεργαστούν μετρήσεις προσομοίωσης όπως προτείνει το υπουργείο.

προσοχή στο 2

Οι ηλεκτρονικές ιδιότητες των διατεταγμένων, κρυσταλλικών στερεών καθορίζονται από την κατανομή των ηλεκτρονικών καταστάσεων σε σχέση με την ενέργεια και την ορμή – τη δομή της ηλεκτρονικής ζώνης του στερεού. Θεωρητικά μοντέλα φωτοεκπομπής από στερεά δείχνουν ότι αυτή η κατανομή διατηρείται, ως επί το πλείστον, στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το φαινομενολογικό μοντέλο τριών βημάτων για διέγερση με υπεριώδη και «μαλακή» ακτινοβολία αποσυνθέτει το φαινόμενο σε αυτά τα 3 βήματα:
1) Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο στον κύριο όγκο του υλικού που είναι μια άμεση οπτική μετάβαση μεταξύ μιας κατειλημμένης και μιας μη κατειλημμένης ηλεκτρονικής κατάστασης. Αυτό το φαινόμενο υπόκειται σε κανόνες κβαντομηχανικής επιλογής για διπολικές μεταπτώσεις. Η οπή που μένει πίσω από το ηλεκτρόνιο μπορεί να προκαλέσει δευτερογενή εκπομπή ηλεκτρονίων, ή το λεγόμενο φαινόμενο Auger , το οποίο μπορεί να είναι ορατό ακόμη και όταν το πρωτεύον φωτοηλεκτρόνιο δεν φεύγει από το υλικό. Στα μοριακά στερεά τα φωνόνια διεγείρονται σε αυτό το βήμα και μπορεί να είναι ορατά ως «δορυφορικές» γραμμές στην τελική ενέργεια ηλεκτρονίων.
2) Διάδοση ηλεκτρονίων στην επιφάνεια στην οποία ορισμένα ηλεκτρόνια ενδέχεται να σκεδάζονται λόγω αλληλεπιδράσεων με άλλα συστατικά του στερεού. Τα ηλεκτρόνια που προέρχονται βαθύτερα στο στερεό είναι πολύ πιο πιθανό να υποστούν συγκρούσεις και να αναδυθούν με αλλοιωμένη ενέργεια και ορμή. Η μέση ελεύθερη διαδρομή τους είναι μια «καθολική» καμπύλη που εξαρτάται από την ενέργεια των ηλεκτρονίων.
3) Το ηλεκτρόνιο διαφεύγει μέσω του επιφανειακού φραγμού σε καταστάσεις που μοιάζουν με ελεύθερο ηλεκτρόνιο του κενού. Σε αυτό το βήμα το ηλεκτρόνιο χάνει ενέργεια ως προς την ποσότητα του έργου εξαγωγής W της επιφάνειας και έχει απώλεια ορμής στην κατεύθυνση κάθετη προς την επιφάνεια. Επειδή η ενέργεια δέσμευσης των ηλεκτρονίων Εδ στα στερεά εκφράζεται εύκολα σε σχέση με την υψηλότερη καταλαμβανόμενη κατάσταση στην ενέργεια Fermi ΕF , η διαφορά με την ενέργεια του ελεύθερου χώρου (κενού) είναι το έργο εξαγωγής W της επιφάνειας, η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από τα στερεά συνήθως γράφεται ως K = hf – W – Εδ. To W = -eφ-ΕF με φ εδώ συμβολίζεται το ηλεκτροστατικό δυναμικό στο κενό κοντά στην επιφάνεια και EF η ενέργεια Φέρμι (που οι χημικοί από το φόβο τους ονομάζουν ηλεκτροχημικό δυναμικό ηλεκτρονίων)
Υπάρχουν περιπτώσεις όπου το μοντέλο των τριών βημάτων αποτυγχάνει να εξηγήσει τις ιδιαιτερότητες των κατανομών της έντασης των φωτοηλεκτρονίων. Το πιο πολύπλοκο μοντέλο ενός βήματος αντιμετωπίζει το φαινόμενο ως μια συνεκτική διαδικασία φωτοδιέγερσης στην τελική κατάσταση ενός πεπερασμένου κρυστάλλου για τον οποίο η κυματική συνάρτηση μοιάζει με ελεύθερο ηλεκτρόνιο έξω από τον κρύσταλλο, αλλά έχει ένα «περίβλημα αποσύνθεσης» μέσα.