Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

7 frågor/svar hittade

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [20033]

Fråga:
Den fotoelektriska effekten innebär att fotonen förlorar hela sin rörelseenergi oftast till en av K-skalets elektroner, varför just K-skalet o inte L, M etc?
/Marie H

Svar:
Intressant fråga (säger man när man inte kan svara )

Frågan förekommer i diverse fysikfora, men jag kan inte se att den är besvarad. Snarare verkar man hävda att K-skalsabsorption inte dominerar.

I länk 1 ges följande uttryck för sannolikheten (tvärsnittet) för fotoelektrisk effekt:

Man ser att uttrycket är en makroskopisk approximation och innehåller ingenting som refererar direkt till elektronstrukturen i atomer. Tvärsnittet ökar kraftigt med kärnladdningen Z (som Z5) och minskar med fotonenergin (som E-7/2).

Nedanstående figur från länk 2 visar sannolikheten för fotoeffekt för Fe, Z=26. Diskontinuiteten är K-kanten där fotonenergin precis räcker till för att slå ut en K-elektron (K-kanten vid E=7 eV, K-edge ). Absorptionen går från 50 till 400 när man passerar K-kanten. Det är alltså klart att absorptionen strax ovanför K-kanten domineras av K-elektroner. Detta beror eventuellt på en resonanseffekt, så det behöver inte betyda att K-elektroner dominerar för alla fotonenergier som är energetiskt möjliga. Till vänster om K-kanten ökar ju absorptionen mycket trots att K-absorption är utesluten.

När bindningsenergin hos elektronerna är liten jämfört med fotonenergin blir det svårare att bevara energi och rörelsemängd i fotoelektriska effekten. Tvärsnittet minskar då och compton-pridning, se fråga 12701 , tar över.



/Peter E

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7];

1 http://www.physics.queensu.ca/~phys352/lect17.pdf
2 http://www.nuclear-power.net/nuclear-power/reactor-physics/atomic-nuclear-physics/fundamental-particles/photon/gamma-ray/

*

Ljud-Ljus-Vågor [19245]

Fråga:
Vad har den fotoelektriska effekten gjort för mänskligheten? Jag googlade och läste i böcker men det är lite svårt att hitta.. Min lärare ställde den frågan och det endaj ag har hittat är att den fotoelektriska effekten används i solceller... har ni någon bra förklaring till vad effekten används till? tacksam för svar!
/Sarah M, Kunskapsgym., Malmö

Svar:
Sarah! Gjort för mänskligheten är kanske att ta i...

Einsteins tolkning av den fotoelektriska effekten (se fråga 2931 ) var mycket viktig för kvantmekanikens utveckling. Se fysik, nytta med för allmänna funderingar om nytta med fysik.

I solceller, se fråga 16133 , blir elektronerna inte fria så det är inte riktigt fotoelektrisk effekt.

Att googla kan fungera ibland, men det är svårt att från resultatet bedöma vad som är bra. Den bästa startpunkten är ofta Wikipedia (den engelska, den svenska är när det inte gäller svenska förhållanden mycket underlägsen). Här finns några tillämpningar av den fotoelektriska effekten: Photoelectric_effect#Uses_and_effects

Fotomultiplikator Photomultiplier
Bildsensorer i tidiga TV-kameror Photoelectric_effect#Image_sensors
Elektroskop Photoelectric_effect#Gold-leaf_electroscope
Fotoelektronspektroskopi Photoelectric_effect#Photoelectron_spectroscopy



/Peter E

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7];

1 http://homepage.lnu.se/staff/pkumsi/OXF/LabbFotoEffekt.html

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [15181]

Fråga:
Jag har en fråga gällande fotoelektrisk effekt.

Monokromatiskt ljus får infalla mot en fotokänslig metallyta så att elektroner emitteras. Ljusets våglängd minskas. Vad händer? Enligt facit i provbanken så får de emitterade elektronerna endast högre hastighet. Jag tycker att antalet elektroner också borde öka. Alla infallande fotoner måste väl inte nödvändigtvis slå ut elektroner (växelvärka med fotoelektrisk effekt), en del av dem växelverkar väl också med comptoneffekten. Annars skulle ju alla utslagna elektroner ha samma hastighet och stoppspänningen skulle gälla samtliga elektroner och inte bara dem med störst hastighet (bortsett från att de kan ha samma fart med i olika riktningar) Marcus
/marcus e, Örebro

Svar:
Provbanken har rätt. Varje foton överlämnas hela sin energi till en elektron. Elektronen får alltså högre energi, men det är lika många elektroner. Detta var ett av de experimentella resultat som endast kunde förstås med Einsteins kvantmodell för fotoelektriska effekten 1905.

Nej, comptonspridning är växelverkan med fria elektroner inte elektroner bundna i en metall. Alla elektroner har inte samma energi ut ur metallen för att de bromsas på väg ut. Länk 1 innehåller en ganska ingående diskussion om fotoelektriska effekten.
/Peter E

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html#c2

*

Kraft-Rörelse [13113]

Fråga:
Hej! Jag vill räkna ut hur stor fart en stillaståede elektron får,om en inkommande foton med våglängden 434 nm absorberas av elektronen. Om jag räknar med rörelsemängslagen får jag ett värde(1,7km/s), men räknar jag med energilagen får jag ett annat och mindre värde (1,0 Km/s). Varför blir deom inte lika?
/Oskar G, Fredrika, Haninge

Svar:
Mycket intressant fråga Oskar! Vad du i själva verket upptäckt är att det du beskriver är en omöjlig process!

Som du helt riktigt antyder så måste både rörelsemängden (i alla dimensioner) och totala energin bevaras. Det går inte med bara elektronen kvar efter kollisionen. Även om våglängden du använt är lite lång så är den process som är möjlig när en foton kolliderar med en fri elektron den s.k. comptonspridningen, se Compton Scattering . I comptonspridning innehåller sluttillståndet förutom elektronen en spridd foton med lägre energi.

Om en elektron är bunden till en atom så är processen du beskriver möjlig. Den kallas då fotoelektriska effekten. Elektronens energi blir

fotonens energi - elektronens bindningsenergi

Rörelsemängden bevaras genom att atomen tar upp differensen. Eftersom atomen är mycket tyngre än elektronen, så påverkas elektronens energi mycket lite av detta.
/Peter E

Se även fråga 12701

Nyckelord: comptonspridning [3]; fotoelektrisk effekt [7]; rörelsemängd [14];

*

Ljud-Ljus-Vågor [12793]

Fråga:
Hej! Hur förklarar man på atomnivå att inte röntgenstrålning går genom ben och att gammastrålning stoppas av bly och att radiovågor går genom det mesta? Detaljerat svar önskas!
/kristina b, rudbeck, örebro

Svar:
Vi talar alltså om elektromagnetisk strålning, se Electromagnetic_radiation#Types_and_sources,_classed_by_spectral_band_(frequency) .

När elektromagnetisk strålning träffar materia kan det hända många olika saker beroende på vilken energi (frekvens, våglängd) strålningen har. Om strålningen stoppas eller släpps igenom beror på sannolikheten för växelverkan medelst någon process.

För gamma- och röntgenstrålning finns tre effekter man behöver ta hänsyn till: fotoelektriska effekten, comptonspridning och parbildning. Absorptionen beror av sannolikheten att någon av dessa processer sker. Bly har t.ex. högt atomnummer (Z), och sannolikheten för fotoelektriska effekten ökar som Z4.5. Bly, med det höga atomnumret Z=82, är alltså mycket effektivt för att stoppa gammastrålning.

För synligt ljus är processen typiskt en exitation av någon atom- eller molekylnivå. Om strålningens energi passar till en sådan excitation så absorberas strålningen, annars inte. På så sätt får olika material olika färger - olika våglängder absorberas olika.

Mikrovågsstrålning (från t.ex. mikrovågsugn eller mobiltelefon) absorberas av vattemolekyler eftersom dessa är elektriska dipoler. Den elektromagnetiska energin övergår i värme (slupmässig rörelse hos molekyler). Däremot växelverkar miktovågsstrålning nästan inte alls med material som glas och plast. Keramik varierar en hel del eftersom det kan innehålla vatten. Ledande material (metaller) innehåller fria elektroner, vilka kan påverkas av mikrovågor genom att elektronerna sätts i rörelse. Detta skapar strömmar i metallen och värmer upp den. Den mesta mikrovågsstrålningen reflekteras dock i metallytan.

För radiovågor finns det på atomär nivå nästan ingen effekt som orsakar en växelverkan. Radiostrålningen går alltså obehindrat genom de flesta material. Det som kan orsaka växelverkan är fria elektroner. Detta är orsaken till att radiostrålning absorberas av metaller - radio och mobiltelefon fungerar dåligt i hus som innehåller mycket armeringsjärn.

Se Nationalencyklopedin för detaljer om ovanstående begrepp: fotoeffekt , comptonspridning och parbildning . Se även mer detaljerade artiklar i Wikipedia (de engelska motsvarigheterna är svårare men bättre): Fotoelekrisk_effekt , Comptonspridning och Parproduktion . Länk 1 och 2 innehåller beskrivningar av hur elektromagnetisk strålning av olika våglängd växelverkar med materia.

Bilden nedan visar det elektromagnetiska spektrum (radar är vad som ofta kallas mikrovågsstrålning). Energin för en foton med frekvensen v och våglängden l ges av

E = hv = hc/l

där c är ljushastigheten och h Plancks konstant.



/Peter E

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7]; elektromagnetisk strålning [15]; comptonspridning [3];

1 http://resources.yesican-science.ca/trek/radiation/final/index_em_matter.html
2 http://www.madsci.org/posts/archives/2010-03/1269002620.Ph.r.html

*

Elektricitet-Magnetism [2931]

Fråga:
Kan man bestämma Plancks konstant med hjälp av den fotoelektriska effekten?
/Agnes

Svar:
Ja, det kan man. Man belyser en fotocell med ljus av olika våglängder (olika energi). Om energin är tillräckligt hög, skickas elektroner ut från den ljuskänsliga ytan. Det gäller nu att bestämma maximala energin hos dessa elektroner. Det gör man genom att bromsa dem i ett elektriskt fält. När strömmen just blir noll mäter man spänningen, som då är ett mått på maximala energin. Plottar man nu i ett diagram spänningen mot ljusets frekvens, får man en rät linje, se nedan. Denna linjes lutning är Plancks konstant.

Interceptet med V0-axeln är utträdesarbetet, dvs den minsta energi som krävs för att slita loss en elektron. Utträdesarbetet för ett antal ämnen finns i Work_function . Utträdesarbeten varierar en hel del mellan olika metaller: det är litet för alkalimetaller (t.ex. natrium där elektronerna sitter löst) och stort för ädelmetaller (t.ex. guld där elektronerna är väl bundna).

Einstein fick nobelpriset 1921 för sina studier av fenomenet. Millikan (nobelpris 1923) gjorde noggranna mätningar.

Se vidare: The Nobel Prize in Physics - Laureates och Photoelectric effect (Java applet) . Wikipedia-artikeln Photoelectric_effect innehåller bland annat en omfattande genomgång av historiken. Den svenska artikeln Fotoelektrisk_effekt är också mycket bra.



/KS/lpe

Se även fråga 2453 och fråga 131

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7];

*

Ljud-Ljus-Vågor [186]

Fråga:
Varför talar den fotoelektriska effekten emot att ljuset är en våg? Varför kan ljuset uppföra sig både som vågor och partiklar?
/

Svar:
Den fotoelektriska effekten innebär att ljus som faller in mot en metall kan frigöra elektroner ur metallen. Låt oss göra en analogi. I en hamn ligger båtar vid kajen. Det kommer in vågor från havet. Vilka vågor kan lyfta upp båtarna på land? Det är väl rätt klart att det är våghöjden som är avgörande. Är det 4 m från vattenytan till kajkanten så kan ju inte en våg med höjden 2 m lyfta upp båtarna på land men en våg med 10 m höjd klara detta. Däremot har inte våglängden någon avgörande betydelse. Det torde inte spela någon större roll om våglängden är 100 m eller 10 km. Alltså: I en vågmodell har amplituden den avgörande rollen när det gäller att "lyfta ut" saker.

I den fotoelektriska effekten är det våglängden (frekvensen, färgen) som avgör om man kan lösgöra elektronerna vilket inte är förenligt med en vågmodell, se nedanstående figur och länk 1.

För att beskriva alla fenomen behöver vi betrakta ljus ibland som en våg och ibland som en ström av partiklar. Jag tror inte man i detta fall kan ge något svar på frågan: Varför?

Denna "dualism" finns endast när vi använder vårt vardagliga språk. I den matematiska modell som kallas för kvantmekanik finns inte denna tvetydighet.



/GO

Nyckelord: fotoelektrisk effekt [7]; elektromagnetisk strålning [15];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7179 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-20 12:13:24.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.