7.2 - Kesan Fotoelektrik

Kesan Fotoelektrik dan Litar Sel Foto

• Kesan fotoelektrik ialah pemancaran elektron daripada permukaan logam yang disinari cahaya berfrekuensi sesuai. Elektron yang dipancarkan ialah fotoelektron.
• Dalam litar sel foto:
  1. Cahaya menyinari katod logam peka cahaya, lalu membebaskan fotoelektron.
  2. Anod berkeupayaan positif menarik fotoelektron melalui vakum.
  3. Pergerakan dari katod ke anod menghasilkan arus dalam litar yang diukur oleh miliammeter. Bateri membekalkan beza keupayaan.

Menentukan Pemalar Planck Menggunakan LED

• Tujuan: menentukan pemalar Planck menggunakan kit pemalar Planck.
• Radas: bateri 9 V, potensiometer 1 kΩ, LED merah, oren, hijau dan biru, miliammeter serta voltmeter.
• Prosedur dan analisis:
  1. Sambungkan kit menggunakan LED merah, dengan miliammeter mengukur arus LED dan voltmeter mengukur voltan merentasi LED.
  2. Laraskan potensiometer kepada 0.2 V dan catatkan arus.
  3. Ulangi pada 0.4 V, 0.6 V, 0.8 V, …, 3.0 V.
  4. Plotkan arus $I$ melawan voltan $V$. Tentukan voltan pengaktifan $V_a$ daripada pintasan paksi voltan.
  5. Ulangi dengan LED oren, hijau dan biru.
  6. Catatkan $V_a$ dan hitungkan $1/\lambda$ bagi setiap LED, dengan panjang gelombang dalam meter.
  7. Plotkan $V_a$ melawan $1/\lambda$, tentukan kecerunan $m$ dan hitungkan $h$.

Warna LED	Panjang gelombang / nm
Merah	623
Oren	586
Hijau	567
Biru	467

• $e=1.60\times 10^{-19}\mathrm{C}$ dan $c=3.00\times 10^8{\mathrm{m}\mathrm{s}}^{-1}$.
• Hubungan: $V_a$ mempunyai hubungan linear dengan $1/\lambda$; panjang gelombang LED yang lebih pendek memberikan voltan pengaktifan yang lebih tinggi.

Empat Ciri Kesan Fotoelektrik

1. Frekuensi lebih tinggi menghasilkan fotoelektron dengan tenaga kinetik lebih tinggi.
2. Logam mempunyai frekuensi ambang $f_0$, iaitu frekuensi cahaya minimum untuk pemancaran fotoelektron.
3. Tenaga kinetik tidak bergantung pada keamatan cahaya. Pertambahan keamatan tidak menjadikan fotoelektron lebih bertenaga.
4. Pemancaran berlaku serta-merta apabila cahaya berfrekuensi sesuai menyinari permukaan, walaupun keamatannya rendah. Pancaran termion memerlukan pemanasan dan boleh mengambil masa.

Kegagalan Teori Klasik

Ramalan teori klasik	Pemerhatian eksperimen
Tenaga gelombang selanjar seharusnya membolehkan pemancaran pada sebarang frekuensi cahaya.	Pemancaran memerlukan frekuensi minimum; pertambahan keamatan tidak menghapuskan syarat ini.
Cahaya malap seharusnya memerlukan masa untuk elektron mengumpulkan tenaga mencukupi.	Cahaya berfrekuensi sesuai menghasilkan pemancaran serta-merta walaupun malap.