Le physicien théorique Albert Einstein a reçu son prix Nobel pour avoir découvert le mystère de l'énergie cinétique des photoélectrons. Son explication a bouleversé la physique. Il a trouvé que l'énergie portée par la lumière ne dépendait pas de son intensité ou de sa luminosité - du moins pas de la manière dont les physiciens de l'époque avaient compris. L'équation qu'il a créée est simple. Vous pouvez dupliquer le travail d'Einstein en quelques étapes.

Déterminer la longueur d'onde de la lumière incidente. Les photoélectrons sont éjectés d'un matériau lorsque la lumière est incidente sur la surface. Différentes longueurs d'onde produiront une énergie cinétique maximale différente. Par exemple, vous pouvez choisir une longueur d'onde de 415 nanomètres (un nanomètre est un milliardième de mètre).

Calculer la fréquence de la lumière . La fréquence d'une onde est égale à sa vitesse divisée par sa longueur d'onde. Pour la lumière, la vitesse est de 300 millions de mètres par seconde, soit 3 x 10 ^ 8 mètres par seconde.

Pour l'exemple de problème, la vitesse divisée par la longueur d'onde est de 3 x 10 ^ 8/415 x 10 ^ -9 = 7.23 x 10 ^ 14 Hertz.

Calculer l'énergie de la lumière. La grande percée d'Einstein consistait à déterminer que la lumière provenait de minuscules petits paquets d'énergie; l'énergie de ces paquets était proportionnelle à la fréquence. La constante de proportionnalité est un nombre appelé Constant de Planck, qui est 4.136 x 10 ^ -15 eV-secondes. Donc l'énergie d'un paquet de lumière est égale à la constante de Planck x la fréquence.

L'énergie des quanta de lumière pour le problème d'exemple est (4.136 x 10 ^ -15) x (7.23 x 10 ^ 14) = 2,99 eV.

Recherchez la fonction de travail du matériau. La fonction de travail est la quantité d'énergie nécessaire pour détacher un électron de la surface d'un matériau.

Pour l'exemple, sélectionnez le sodium, qui a une fonction de travail de 2,75 eV.

Calculer l'énergie excédentaire portée par la lumière. Cette valeur est l'énergie cinétique maximale possible du photoélectron. L'équation, déterminée par Einstein, dit (énergie cinétique maximale des électrons) = (énergie du paquet d'énergie de la lumière incidente) moins (la fonction de travail). Pour l'exemple, l'énergie cinétique maximale de l'électron est: 2.99 eV - 2,75 eV = 0,24 eV.

Astuce

La fonction de travail pour la plupart des matériaux est suffisamment grande pour que la lumière nécessaire à la génération de photoélectrons se trouve dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique.