Lecție pentru bacalaureat · Fizică

Efectul fotoelectric extern

Clasa a XII-a

Ideile de bază pe scurt și, unde există, exercițiile din subiectele de BAC care le verifică. Lecția completă, animată, cu grile și exerciții corectate, e în aplicația Tomomi.

Pe scurt

Idee

Idee · Ce arată experiența

Efectul fotoelectric extern este smulgerea electronilor dintr-un metal de către lumina care cade pe el. Cele patru fapte experimentale:

numărul de electroni pe secundă este proporțional cu intensitatea;
energia cinetică maximă depinde numai de frecvență;
există o frecvență de prag sub care nu se întâmplă nimic;
efectul este instantaneu.

Formulă

Formulă · Energia fotonului

Lumina schimbă energia în porții, iar mărimea unei porții depinde doar de culoare:

E = h \cdot \nu = \frac{h \cdot c}{\lambda}

$h = 6{,}6 \cdot 10^{-34}\ \text{J} \cdot \text{s}$ este constanta lui Planck. Un fascicul mai intens are mai mulți fotoni, nu fotoni mai energici.

Formulă

Lege · Ecuația lui Einstein

Un foton este absorbit de un singur electron, iar energia lui se împarte în două:

h \cdot \nu = L + E_{c\,\text{max}}

$L$ este lucrul mecanic de extracție, o proprietate a metalului. Dacă $h\nu < L$ , nu pleacă niciun electron.

Formulă

Formulă · Frecvența de prag

La prag energia cinetică se anulează, deci tot fotonul se consumă pe extracție:

\nu_{0} = \frac{L}{h}, \qquad \lambda_{0} = \frac{c}{\nu_{0}}

Graficul lui $E_{c\,\text{max}}$ în funcție de $\nu$ este o dreaptă de pantă $h$ , aceeași pentru orice metal; metalul schimbă doar pragul de la care pornește.

Sfat

Capcană · Unități și sensul inegalităților

Trei transformări obligatorii înainte de orice calcul: lungimea de undă din nanometri în metri, energia din electronvolți în jouli (înmulțind cu $1{,}6 \cdot 10^{-19}$ ) și curentul din microamperi în amperi.

Capcana de sens: efectul cere frecvență mai mare decât pragul, ceea ce înseamnă lungime de undă mai mică decât $\lambda_{0}$ . Cele două condiții spun același lucru, cu semne opuse.

Din subiectele de BAC

Exerciții reale din subiectele anilor trecuți. Încearcă-le singur înainte să deschizi rezolvarea.

D. Optică · I.2din BAC Fizică (Curent continuu + Optică) - iunie 2025 (Varianta 1) · 3 puncte

În expresiile de mai jos $\varepsilon$ reprezintă energia unui foton dintr-o radiație având frecvența $\nu$ , iar $c$ este viteza luminii în vid. Expresia care reprezintă o constantă universală este:

a. $\varepsilon / \nu$

b. $\varepsilon \cdot \nu$

c. $\varepsilon / c^2$

d. $c / \nu$

Vezi rezolvarea

Relația lui Planck leagă energia unui foton de frecvența radiației: $\varepsilon = h \nu$ . Prin urmare

$\frac{\varepsilon}{\nu} = h = 6{,}6 \cdot 10^{-34}\,\text{J} \cdot \text{s},$

adică exact constanta lui Planck, aceeași pentru orice radiație. Varianta d este lungimea de undă, care se schimbă de la o radiație la alta, iar variantele b și c depind și ele de frecvență. Răspunsul corect este a.

D. Optică · I.3din BAC Fizică (Curent continuu + Optică) - iunie 2024 (Varianta 3) · 3 puncte

Trei radiații monocromatice care se propagă prin vid sunt alcătuite din fotoni având energiile $\varepsilon_1$ , $\varepsilon_2$ , respectiv $\varepsilon_3$ . Între energiile acestor fotoni există relația $\varepsilon_1 > \varepsilon_2 > \varepsilon_3$ . Relația dintre lungimile de undă corespunzătoare celor trei radiații este:

a. $\lambda_1 > \lambda_2 > \lambda_3$

b. $\lambda_1 < \lambda_2 < \lambda_3$

c. $\lambda_1 = \lambda_2 = \lambda_3$

d. $\lambda_1 < \lambda_2 > \lambda_3$

Vezi rezolvarea

Energia unui foton este $\varepsilon = h\nu = \frac{h c}{\lambda}$ , deci energia este invers proporțională cu lungimea de undă. Din $\varepsilon_1 > \varepsilon_2 > \varepsilon_3$ rezultă ordinea inversă a lungimilor de undă: $\lambda_1 < \lambda_2 < \lambda_3$ . Răspunsul corect este b.

D. Optică · I.3din BAC Fizică (Curent continuu + Optică) - iunie 2023 (Varianta 5) · 3 puncte

Unitatea de măsură a frecvenței radiației luminoase, exprimată în funcție de unități de măsură fundamentale din S.I., este:

a. $\text{s}^{-1}$

b. $\text{m}^{-1}$

c. $\text{s}^{2}$

d. $\text{m}\cdot\text{s}$

Vezi rezolvarea

Frecvența este inversul perioadei: $\nu = \frac{1}{T}$ . Perioada se măsoară în secunde, deci frecvența se măsoară în $\text{s}^{-1}$ (unitatea derivată poartă numele de hertz, $\text{Hz}$ , dar exprimată în unități fundamentale este $\text{s}^{-1}$ ). Răspunsul corect este a.

Toate lecțiile de Fizică

Efectul fotoelectric extern

Pe scurt

Idee · Ce arată experiența

Formulă · Energia fotonului

Lege · Ecuația lui Einstein

Formulă · Frecvența de prag

Capcană · Unități și sensul inegalităților

Din subiectele de BAC

Începe azi. Bacul nu așteaptă.