by 
Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες, δίνοντας σύντομες δικαιολογήσεις.
Δίνονται hc=1.200eV∙nm, ενώ h/mc≈103 nm, όπου m η μάζα του ηλεκτρονίου.
Ερώτηση 1η:
Φωτίζουμε με μονοχρωματικό φως μήκους κύματος λ1=600nm μια μεταλλική επιφάνεια, οπότε εξάγονται ηλεκτρόνια. Το έργο εξαγωγής του υλικού της επιφάνειας είναι 1,5eV.
i) Αν ένα ακίνητο ηλεκτρόνιο του υλικού, απορροφήσει ένα φωτόνιο, αμέσως μετά θα αποκτήσει κινητική ενέργεια 2eV.
ii) Ένα ηλεκτρόνιο του μετάλλου απορροφά ένα φωτόνιο και εξέρχεται από την επιφάνεια με κινητική ενέργεια η οποία μπορεί να πάρει τιμή έως και 0,5eV.
iii) Αν ένα ακίνητο ηλεκτρόνιο του υλικού, απορροφήσει ένα φωτόνιο, αμέσως μετά θα αποκτήσει ορμή ίση με p=2eV/c, όπου c η ταχύτητα του φωτός.
Ερώτηση 2η:
Αν στην παραπάνω επιφάνεια πέσει ακτινοβολία ακτίνων Χ με μήκος κύματος λ2=0,1nm, τότε πειραματικά διαπιστώνουμε τη σκέδαση της ακτινοβολίας σύμφωνα με το φαινόμενο Compton.
i) Η κινητική ενέργεια που κερδίζει το ηλεκτρόνιο μπορεί να φτάσει τα 60.000eV.
ii) Το ηλεκτρόνιο που σκεδάζει ένα φωτόνιο, θεωρείται ελεύθερο.
iii) Αν ένα σκεδαζόμενο φωτόνιο έχει ενέργεια 110keV, τότε το ηλεκτρόνιο με το οποίο αλληλοεπίδρασε, θα εξέλθει από την επιφάνεια έχοντας κινητική ενέργεια Κ≈10keV.
Η απάντηση με κλικ ΕΔΩ ή και ΕΔΩ.
Καλημέρα Διονύση μάστορα! Διδακτικά άψογη!
Καλημέρα. Διονύση θα συμφωνήσω με τον Αποστόλη, καλημέρα Αποστόλη, εξαιρετική ανάρτηση – διδακτική πρόταση.
Καλημέρα Διονύση και συγχαρητήρια!
Εξαιρετική.
Καλημέρα παιδιά.
Εξαιρετική!!
Καλημέρα συνάδελφοι.
Αποστόλη, Παύλο, Μίλτο και Γιάννη, σας ευχαριστώ για το σχολιασμό και χαίρομαι που σας άρεσε…
Καλημέρα Διονύση!
Πολύ καλές όλες οι ερωτήσεις αλλά έχω ένα θέμα με την 1i
Το αμέσως μετά πόσο είναι; Δηλαδή πόσο μεσολαβεί μεταξύ απορρόφησης και εξαγωγής;
Εγώ το θεώρησα σχεδόν ακαριαίο και απάντησα λάθος θεωρώντας ότι θα εξαχθεί με Κ = 0,5 eV. Άρα αμέσως μετά θα έχει 0,5 eV ενέργεια.
Διονύση καλημέρα.
Στην απάντησή σου στο ερώτημα 1(iii) γράφεις: “Το ηλεκτρόνιο [του μετάλλου] συνδέεται με ηλεκτροστατικές δυνάμεις με το άτομο στο οποίο ανήκει (σε περίπτωση ομοιοπολικής ένωσης) ή με τα ιόντα του κρυσταλλικού πλέγματος, σε περίπτωση π.χ. ενός μετάλλου.”
Ωστόσο τα φωτόνια απορροφώνται από ελεύθερα ηλεκτρόνια του μετάλλου όπως περιγράφεται στο άρθρο του Μανώλη Δρη εδώ: Microsoft Word – ABOUTPHOTOELECTRICEFFECT200923.docx. Στη Εικόνα υπάρχει σχετικό απόσπασμα, όπου φαίνεται ότι το στο εσωτερικό του μετάλλου το δυναμικό είναι σταθερό και γι’ αυτό η δύναμη είναι μηδενική.
Νομίζω ότι χρειάζεται διευκρίνιση.
Βασίλη και Ανδρέα καλό μεσημέρι και σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Βασίλη ένα δίκιο το έχεις, απλά η ερώτηση δεν είναι κλειστού τύπου, οπότε από την δικαιολόγηση μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα για το τι γνωρίζει ο μαθητής.
Με είχε απασχολήσει η διατύπωση, αλλά δεν βρήκα προσφορότερη εναλλακτική.
Ανδρέα στο αν το ηλεκτρόνιο το οποίο απορροφά το φωτόνιο είναι ελεύθερο ή δεσμευμένο με είχε απασχολήσει στην ανάρτηση:
Φωτοηλεκτρικό και φαινόμενο Compton
Από την ανάρτηση αυτή ένα απόσπασμα:
Το ότι μιλάμε για ένα ορισμένο έργο εξαγωγής, πράγμα που προϋποθέτει σταθερή δυναμική ενέργεια και σταθερό δυναμικό, είναι μια καλή προσέγγιση (για την μελέτη των ενεργειών), η οποία όμως δεν καθιστά ελεύθερο το ηλεκτρόνιο…
Καλησπέρα Διονύση, καλησπέρα σε όλους!
Στην ερώτηση “Πόσο μικρό πρέπει να είναι το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ώστε να εμφανιστεί φαινόμενο Compton και όχι φωτοηλεκτρικό;“, τί απαντάμε;
Μπορούμε να πούμε ότι πρέπει να είναι συγκρίσιμο με το μήκος κύματος Compton (όπου περίπου λc = 2,4pm); Βέβαια, το εφαρμόζουμε και για μεγαλύτερα μήκη κύματος, όπως έκανες κι εσύ εδώ στη δεύτερη εφαρμογή.
Μίλτο, νομίζω ότι την απάντηση την έδωσες:
“να είναι συγκρίσιμο με το μήκος κύματος Compton”
Το συγκρίσιμο βέβαια δεν σημαίνει ίσο. Ο Τραχανάς γράφει:
Επανέρχομαι αφού διάβασα το αρχείο του καθηγητή Δρη, που έδωσε παραπάνω ο Ανδρέας, για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
Από το κείμενο αυτό μια εικόνα:
Διονύση
νομίζω ότι στο πλαίσιο που το τοποθετεί ο Μανώλης Δρης δεν προκύπτει ότι: “Το ηλεκτρόνιο [του μετάλλου] συνδέεται με ηλεκτροστατικές δυνάμεις με το άτομο στο οποίο ανήκει (σε περίπτωση ομοιοπολικής ένωσης) ή με τα ιόντα του κρυσταλλικού πλέγματος, σε περίπτωση π.χ. ενός μετάλλου.” Νομίζω ότι τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας δεν ανήκουν σε συγκεκριμένα άτομα ή ιόντα.
Προσωπικά δεν θα άγγιζα το ζήτημα της ΑΔΟ στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, αν δεν διέθετα μια ποσοτική μελέτη, όπου θα παρουσιάζονταν οι κατάλληλες προσεγγίσεις.
Βέβαια ως προς αυτό το σημείο η ανάρτησή σου διατηρεί την αξία της, διότι προκαλεί ενδιαφέροντα προβληματισμό.
Ανδρέα στο προηγούμενο σχόλιό μου, έδωσα απόσπασμα από το άρθρο του καθηγητή Δρη, όπου είναι σαφής η διατύπωση για το αν όλη την ορμή του φωτονίου την παίρνει το ηλεκτρόνιο ή όχι!
Τι άλλη επιβεβαίωση χρειαζόμαστε; Δεν μας αρκεί;
Εγώ προσωπικά δεν διαθέτω εργαστήριο !!! για πειραματική επιβεβαίωση, οπότε μένω στο:
Φυσικά τμήμα του μετάλλου παίρνει ορμή για να διατηρηθεί η ορμη του συστήματος!!!
Αφήνει καμιά αμφιβολία ότι το ηλεκτρόνιο δεν παίρνει όλη την ορμή του φωτονίου, όπως δεχόμαστε στην περίπτωση του πειράματος Compton;
Διονύση δεν διαφώνησα ως προς αυτά που αναφέρεις.
Καλησπέρα Διονύση. Μπράβο γα την ανάλυση, που μπορεί να καταλάβει και ένας μαθητής, σε ένα θέμα που ακόμα το μελετάμε εμείς οι καθηγητές για να το κατανοήσουμε.
Ένα ηλεκτρόνιο της ζώνης αγωγιμότητας, μπορεί να απορροφήσει πλήρως ένα φωτόνιο, ακριβώς επειδή στην ουσία δεν είναι απόλυτα ελεύθερο σαν ήταν στο κενό.
Από την ανάρτηση
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο,
την οποία παρεμπιπτόντως, αναδιαμόρφωσα και όστις θέλει ας την χρησιμοποιήσει,
αντιγράφω
Αν αναρωτηθούμε για τις προϋποθέσεις πραγματοποίησης του ενός ή του άλλου φαινομένου, από τις συζητήσεις που έχουμε κάνει, φαίνεται ότι για ορισμένο υλικό είναι θέμα ενέργειας:
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ευνοείται σε χαμηλές ενέργειες φωτονίων <100 keV
Το φαινόμενο Compton κυριαρχεί σε μεσαίες ενέργειες 100 keV – 10 MeV.
Σε πολύ υψηλές ενέργειες (> 1 MeV), εμφανίζεται και ένα τρίτο φαινόμενο, η δημιουργία ζεύγους, όπου το φωτόνιο μετατρέπεται σε ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο αν η ενέργειά του ξεπερνά τα 1,022 MeV (διπλάσια της μάζας ηρεμίας του ηλεκτρονίου).
Όπως αποδεικνύεις εξαιρετικά στο σχόλιό σου, τα ηλεκτρόνια στη ζώνη αγωγιμότητας έχουν πολύ μικρή ενέργεια σύνδεσης.
Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να θεωρηθούν σχεδόν ελεύθερα για τη σκέδαση Compton.
Διόρθωσε h/mc = 10^(-3)nm και λ2 = 0,01nm