Numeerisia ongelmia valosähköisestä efektistä

Tiede > Fysiikka > Valosähköinen efekti > Numeerisia ongelmia valosähköisestä efektistä

Tässä artikkelissa tutkitaan metallin kynnystaajuuden ja kynnystaajuuden laskemista ja laskentaa.

Esimerkki – 01:

Fotonin energia on 2,59 eV. Etsi sen taajuus ja aallonpituus.

Annetaan: Fotonin energia = E = 2,59 eV = 2,59 x 1,6 x 10-19J, valon nopeus = c = 3 x 108 m/s, Planckin vakio = h = 6,63 x10-34 Js

Löydä: Aallonpituus = λ = ?

Ratkaisu:

On E = h ν

∴ ν = E/h = (2.59 x 1.6 x 10-19) / (6.63x 10-34) = 6.244 x 1014 Hz

Nyt c = ν λ

∴ λ = c/ν = (3 x 108) / ( 6.244 x 1014)= 4.805 x 10-7 m

∴ λ = 4805 x 10-10 m = 4805 Å

Ans: Fotonin taajuus on 6.244 x 1014 Hz ja sen aallonpituuson 4805 Å

Esimerkki – 02:

Fotonin energia on 1,0 x 10-8 J. Etsi sen taajuus ja aallonpituus.

Gedian: Fotonin energia = E = 1.0 x 10-18 J, lentonopeus = c = 3 x 108 m/s, Planckin vakio = h = 6.63 x 10-34Js

Löydä: Aallonpituus = λ = ?

Ratkaisu:

On E = h ν

∴ ν = E/h = (1.0 x 10-18) / (6,63 x 10-34)= 1,508 x 1015 Hz

Nyt c = ν λ

∴ λ = c/ν = (3 x 108) / ( 1.508 x 1015)= 1.989 x 10-7 m

∴ λ = 1989 x 10-10 m = 1989 Å

Ans: Fotonin taajuus on 1.508 x 1014 Hz ja sen aallonpituuson 1989 Å

Esimerkki – 03:

Fotonin energia on 300 eV. Etsi sen aallonpituus.

Gedian: Fotonin energia = E = 300 eV = 300 x 1,6 x 10-19J, valon nopeus = c = 3 x 108 m/s, Planckin vakio = h =6.63 x 10-34 Js

Löydetään: Aallonpituus = λ =?

Ratkaisu:

On E = h ν = hc/λ

∴ λ = hc / E = (6.63 x 10-34)(3 x 108)/(300x 1,6 x 10-19) = 4,144 x 10-9 m

∴ λ = 41,44 x 10-10 m = 41,44 Å

Ans: Fotonin aallonpituus on 41.44 Å

Esimerkki – 04:

Löydä fotonin energia eV:nä, jos sen aallonpituus on 10 m

Annetaan: Fotonin aallonpituus = λ = 10 m, valon nopeus = c =3 x 108 m/s, Planckin vakio = h = 6,63 x 10-34 Js

Löydetään: Aallonpituus = λ =?

Ratkaisu:

E = hc/λ = (6,63 x 10-34)(3 x 108)/(10)= 19.89 x 10-27 J

∴ E = (19,89 x 10-27)/(1,6 x 10-19)= 1,243 x 10-7 eV

Ans: Fotonin energia on 1.243 x 10-7 eV

Esimerkki – 05:

Löydä sellaisen fotonin energia, jonka taajuus on 5.0 x 1014 Hz

Given: Fotonin taajuus = ν = 5.0 x 1014 Hz,Planckin vakio = h = 6.63 x 10-34 Js

Löydetään: Fotonin energia = E =?

Ratkaisu:

On E = h ν

∴ E = (6.63 x 10-34) x (5.0 x 1014)=3.315 x 10-29 J

Ans: Fotonin energia on 3.315 x 10-29 J

Esimerkki – 06:

Hopean valosähköinen työfunktio on 3.315 eV. Laske hopean kynnystaajuus ja kynnysaallonpituus.

Annetaan: Hopean työfunktio = Φ = 3,315 eV = 3,315 x 1,6 x 10-19J, valon nopeus = 3 x 108 m/s, Planckin vakio = h = 6,63 x 10-34Js

Löydetään: Hopean kynnystaajuus= νo =? Hopean kynnysaallonpituus = λo = ?

Ratkaisu:

On Φ = h νo

∴ νo = Φ/h = (3.315 x 1,6 x 10-19)/(6,63x 10-34) = 8 x 1014 Hz

Nyt c = νo λo

∴ λo = c/νo = (3 x 108)/(8 x 1014) = 3.750 x 10-7 m

∴ λo= 3750 x 10-10 m = 4805 Å

Ans: Hopean kynnystaajuus on 8 x 1014 Hz ja sen kynnysaallonpituus on 3750 Å

Esimerkki – 07:

Valo, jonka aallonpituus on 4800 Å, voi juuri ja juuri saada aikaan fotoemissiota metallista. Mikä on metallin valosähköinen työfunktio eV:nä?

Annetaan: Kynnysaallonpituus = λo = 4800 Å = 4800 x10-10 m, valon nopeus = c = 3 x 108 m/s, Planckin vakio = h = 6.63 x 10-34 Js

Löydetään: Hopean työfunktio =Φ =?

Ratkaisu:

On Φ = h νo = hc/λo

∴ Φ = (6.63 x 10-34) x (3 x 108)/ (4800 x 10-10) = 4,144 x 10-19 J

∴ Φ = (4,144 x 10-19) / (1,6 x10-19) = 2.59 eV

Ans: Metallin valosähköinen työfunktio on 2,59 eV

Esimerkki – 08:

Metallin valosähköinen työfunktio on 2 eV. Laske pienimmän taajuuden säteily, joka aiheuttaa fotoemissiota pinnasta.

Annettu: Hopean työfunktio = Φ = 2 eV = 2 x 1,6 x 10-19J, Planckin vakio = h = 6,63 x 10-34 Js

Löydetään: Hopean kynnystaajuus= νo =?

Ratkaisu:

On Φ = h νo

∴ νo = Φ/h = (2 x 1,6 x 10-19)/(6,63x 10-34) = 4.827 x 1014 Hz

Ans: Metallin kynnystaajuus on 4,827 x 1014.

Esimerkki – 09:

Platinan valosähköinen työfunktio on 6,3 eV ja pisin aallonpituus, jolla platinasta voi sinkoutua fotoelektroni, on 1972 Å. Laske Planckin vakio.

Löydettävä: Planckin vakio = h =?

Ratkaisu:

On Φ = h νo = hc/λo

∴ h = Φλo/c = (6.3 x 1.6 x 10-19)x (1972 x 10-10) / (3 x 108) = 6.625 x 10-34Js

Ans: Planckin vakion arvo on 6,625 x 10-34 Js

Esimerkki – 10:

Metallin valosähköinen työfunktio on 1,32 eV. Laske pisin aallonpituus, joka voi aiheuttaa valosähköistä emissiota metallin pinnasta.

Annetaan: Hopean työfunktio = Φ = 1,32 eV = 1,32 x 1,6 x 10-19J, valon nopeus = c = 3 x 108 m/s, Planckin vakio = h =6.63 x 10-34 Js

Löytää: Metallin kynnysaallonpituus = λo =?

Ratkaisu:

On Φ = h νo = hc/λo

∴ λo = hc/Φ =(6.63 x 10-34) x (3 x108) / (1.32 x 1.6 x 10-19) = 9.418 x 10-7m

∴ λo= 9418 x 10-10 m = 9418 Å

Ans: Kynnysaallonpituus on 9418 Å

Esimerkki – 11:

Metallin valosähköinen työfunktio on 5 eV. Laske metallin kynnystaajuus. Jos valoa, jonka aallonpituus on 4000 Å, osuu tälle metallipinnalle, haihtuuko fotoelektroni?

Löydetään: Metallin kynnysaallonpituus = λo=?

Ratkaisu:

On Φ = h νo

∴ νo = Φ/h = (5 x 1.6 x 10-19)/(6.63x 10-34) = 1,2 x 1015 Hz

Nyt c = ν λ

∴ ν = c/λ = (3 x 108) / ( 4000 x 10-10)= 7.5 x 1014 Hz

Tulevan valon taajuus on pienempi kuin kynnystaajuus.

Metallipinnasta ei emittoitu fotoelektroneja.

Ans: Kynnysfrekvenssi on 1,2 x 1015 Hz, eikä fotoelektronia emittoitu.

Esimerkki – 12:

Metallin valosähköinen työfunktio on 2,4 eV. Laske osumataajuus, kynnystaajuus metallille. Jos valoa, jonka aallonpituus on 6800 Å, osuu tälle metallipinnalle, haihtuuko fotoelektroni?

Löydetään: Metallin kynnysaallonpituus= λo =?

Ratkaisu:

On Φ = h νo

∴ νo = Φ/h = (2.4 x 1.6 x 10-19)/(6.63x 10-34) = 5.79 x 1014 Hz

Nyt c = ν λ

∴ ν = c/λ = (3 x 108) / ( 6800 x 10-10)= 4.41 x 1014 Hz

Tulevan valon taajuus on pienempi kuin kynnystaajuus.

Metallipinnalta ei emittoitu fotoelektroneja.

Ans: Säteilytaajuus on 4.41 x 1014 Hz ja kynnysfrekvenssi on 5.79 x 1014 Hz, eikä yhtään fotoelektronia emittoitu.

Esimerkki – 13:

Metallin valosähköinen työfunktio on 3 eV. Laske metallin kynnystaajuus. Jos valoa, jonka aallonpituus on 6000 Å, osuu tälle metallipinnalle, syntyykö fotoelektroni?

Löydetään: Metallin kynnysaallonpituus= λo =?

Ratkaisu:

On Φ = h νo

∴ νo = Φ/h = (3 x 1.6 x 10-19)/(6.63x 10-34) = 7.24 x 1014 Hz

Nyt c = ν λ

∴ ν = c/λ = (3 x 108)/( 6000 x 10-10)= 5 x 1014 Hz

Tulevan valon taajuus on pienempi kuin kynnystaajuus.

Metallipinnalta ei emittoitu fotoelektroneja.

Ans:Kynnystaajuus on 7,24 x 1014 Hz,

eikä yhtään fotoelektronia emittoitu.

Edellinen aihe:

Seuraava aihe: Einsteinin valosähköinen yhtälö

Tiede > Fysiikka > Valosähköinen ilmiö > Numeerisia ongelmia valosähköisestä ilmiöstä

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.