Il fisico teorico Albert Einstein ha ricevuto il premio Nobel per svelare il mistero dell'energia cinetica dei fotoelettroni. La sua spiegazione ha trasformato la fisica a testa in giù. Scoprì che l'energia trasportata dalla luce non dipendeva dalla sua intensità o luminosità - almeno non nel modo in cui i fisici in quel momento capivano. L'equazione che ha creato è semplice. Puoi duplicare il lavoro di Einstein in pochi passaggi.

Determina la lunghezza d'onda della luce incidente. I fotoelettroni vengono espulsi da un materiale quando la luce è incidente sulla superficie. Diverse lunghezze d'onda si traducono in una diversa energia cinetica massima.

Ad esempio, è possibile selezionare una lunghezza d'onda di 415 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro).

Calcolare la frequenza della luce . La frequenza di un'onda è uguale alla sua velocità divisa per la sua lunghezza d'onda. Per la luce, la velocità è di 300 milioni di metri al secondo, o 3 x 10 ^ 8 metri al secondo.

Per il problema di esempio, la velocità divisa per la lunghezza d'onda è 3 x 10 ^ 8/415 x 10 ^ -9 = 7,23 x 10 ^ 14 Hertz.

Calcola l'energia della luce. Il grande passo avanti di Einstein era determinare che la luce arrivava in piccoli piccoli pacchetti di energia; l'energia di quei pacchetti era proporzionale alla frequenza. La costante di proporzionalità è un numero chiamato Costante di Planck, che è 4.136 x 10 ^ -15 eV-secondi. Quindi l'energia di un pacchetto di luce è uguale alla costante di Planck x la frequenza.

L'energia dei quanti di luce per il problema di esempio è (4.136 x 10 ^ -15) x (7.23 x 10 ^ 14) = 2.99 eV.

Cerca la funzione di lavoro del materiale. La funzione di lavoro è la quantità di energia richiesta per far uscire un elettrone dalla superficie di un materiale.

Per esempio, selezionare sodio, che ha una funzione di lavoro di 2,75 eV.

Calcola l'energia in eccesso trasportata dalla luce. Questo valore è la massima energia cinetica possibile del fotoelettrone. L'equazione, che Einstein ha determinato, dice (energia cinetica massima dell'elettrone) = (energia del pacchetto di energia della luce incidente) meno (la funzione di lavoro).

Per esempio, l'energia cinetica massima dell'elettrone è: 2.99 eV - 2,75 eV = 0,24 eV.

Suggerimento

La funzione di lavoro per la maggior parte dei materiali è abbastanza grande da consentire la luce necessaria per generare i fotoelettroni nella regione dell'ultravioletto dello spettro elettromagnetico.