6. moderna fizika foton

6. MODERNA FIZIKA
6. 1. FOTON
Energija elektromagnetnega valovanja je kvantizirana. Kvant te energije imenujemo foton.
Energija fotonov:
Planckova konstanta:
Čim večja je frekvenca elektromagnetnega valovanja ali čim manjša je valovna dolžina, tem večja je enrgija fotonov, ki sestavljajo energijo valovanja, tem manj fotonov je potrebnih za dan energijski tok valovanja.
Energijski tok:
Elektronvolt:
Radijski fotoni – majhna energija (veliko fotonov za spremembe).
Fotoni rentgenskih žarkov in žarkov gama – precejšnja energija (pomembnost posameznega).
Vsak foton potuje s svetlobno hitrostjo.
Fotone ni mogoče usmerjati ali jim spreminjati hitrosti.
Foton se ali giblje s hitrostjo ali pa ga ni.
Gibalna količina fotona:
Če foton zadene v snov, izgine (njegovo energijo in gibalno količino prevzame zadeti atom ali elektron).
FOTOELEKTRIČNI POJAV
Fotoelektrični pojav je zbijanje elektronov iz kovine z osvetljevanjem.
Kovina vsebuje proste elektrone (pripadajo celotni kovinski kristalni mreži).
Da prosti elektron zapusti kovino, potrebuje energijo – izstopno delo (da premaga privlak kovine).
Z največjo kinetično energijo izleti elektron, ki ne izgublja svoje energije zaradi trkov z drugimi elektroni:
Čim krajša je valovna dolžina vpadnega elektromagnetnega valovanja, tem večja je kinetična energija izbitih elektronov.
Fotocelica je steklena vakuumska cev z dvema elektrodama (fotokatodo in anodo). V tokovni krog fotocelice je vključen vir stalne napetosti ter občutljiv merilec toka.
Fotokatoda je prevlečena s plastjo, ki ima nizko izstopno delo (priključena na negativni del napetosti).
Anoda je v obliki žičnega obroča, da prepušča svetlobo, ki vpada na fotokatodo, in iz nje zbija elektrone. Iz fotokatode izbite elktrone priteguje anoda, tako da skozi tokovni krog teče šibak električni tok (fotoelektrični tok).
S fotocelico merimo energijski tok vpadne svetlobe (svetlomer, fotomer). Z njo lahko spreminjamo svetlobne signale v električne.
Fotoelektrični tok je pri dani anodni napetosti in vrsti (barvi) vpadne svetlobe premo sorazmeren z osvetljenostjo fotokatode.
6. 2. ELEKTRONSKA ENERGIJSKA STANJA V ATOMIH
Elektronska energijska stanja atoma – stacionarna stanja, v katerih je energija atoma točno določena in stalna (dano stanje zasede le en elektron).
Vsakemu vezanemu elektronu pripada energija, ki je večinsko negativna. (Energija je sestavljena predvsem iz negativne električne potencialne enrgije zaradi privlaka pozitivnega atomskega jedra ter iz pozitivne kinetične energije.)
Čim manjša je energija stanja elektrona, tem močnejše je vezan na atomsko jedro. Čim višja je energija stanja, tem bolj so stanja energijsko zgoščena, tem manj se energije sosednjih stanj razlikujejo.
Prost elektron,
* ki miruje, ima energijo 0.
* ki se giblje, ima večjo energijo kot mirujoč.
* ima poljubno (pozitivno) energijo, vezan elektron v atomu pa je lahko le v določenih stanjih.
Vezan elektron ima zaradi vezave na atomsko jedro manjšo energijo.
Atom:
* v osnovnem stanju ne seva fotonov
* prejme energijo s trki z drugimi atomi ali elektroni ali z obsevanjem
* se vzbudi, če atom absorbira energijo, pri tem pa njegov elektron preskoči v višje (prazno)
energijsko stanje
* premer atoma je nekaj desetink nm
* vrstno število elementa pove število elektronov v električno nevtralnem atomu
Valovna dolžina sevanega elektromagnetnega valovanja:
Obstajajo različne kombinacije prehodov v osnovno stanje.
Z merjenjem energije vseh vrst fotonov, ki jih sevajo vzbujeni atomi danega elementa, določimo energije posameznih možnih elektronskih energijskih stanj v atomih.
Namesto posameznih, ostro določenih stanj, imajo atomi, ki vsebujejo več elektronov, skupine več stanj. Njihove energije se med seboj ne razlikujejo veliko – energijske lupine ali oble. Energijska stanja so še bolj prepletena, če se atomi spojijo v molekule.
Valenčni elektroni so zunanji elektroni, prek katerih se atomi medsebojno povezujejo.
|