Λαμπάκια LED και φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Πηγή LED -Χρώμα λ(nm)
Ερυθρό 620
Πορτοκαλί 586
Πράσινο 530
Μπλε 485

Εκτελούμε το πείραμα παρατήρησης φωτοηλεκτρικού φαινομένου στο εργαστήριο, χρησιμοποιώντας ως φωτεινή πηγή μονοχρωματικού φωτός λάμπες LED, οι οποίες εκπέμπουν μήκη κύματος, που φαίνονται στον παραπάνω πίνακα.

Η φωτοκάθοδος της συσκευής είναι από Cs (καίσιο), που έχει έργο εξαγωγής

φ = 2,87 ∙ 10-19J.

α)  Θεωρώντας γνωστή τη σχέση Εph = 1242(eVnm) / λ(nm), εξετάστε ποιες από τις λάμπες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων.

β) Χρησιμοποιώντας τις λάμπες που βρήκατε στο ερώτημα (α) συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα:

Πηγή Led -Χρώμα λ(nm) f(*1014Hz) Εph (eV) Kmax (eV) V0 (V)
 
 
 
 

Δίνεται η ταχύτητα φωτός στο κενό ή αέρα c = 3∙108m/s.

γ) Να κάνετε τη γραφική παράσταση Kmax → f σε βαθμολογημένους άξονες, θεωρώντας ότι είναι ευθεία. Με τη βοήθεια της γραφικής παράστασης υπολογίστε τη σταθερά του Planck και το σχετικό σφάλμα μέτρησης, αν η τιμή της σταθεράς είναι h = 6,63∙10-34Js.

δ) Χρησιμοποιώντας τη μπλε λάμπα, πλησιάζουμε τη φωτεινή πηγή στη μισή απόσταση (από σε d/2), σε σχέση με αυτή που βρισκόταν ως τώρα.

δ1) Τι θα συμβεί με τη φωτονική ροή πάνω στην κάθοδο;

δ2) Να κάνετε ποιοτική γραφική παράσταση της έντασης του φωτορεύματος i σε συνάρτηση με την τάση VAK (ανόδου – καθόδου), πριν και μετά το πλησίασμα της φωτεινής πηγής. Υποθέτουμε ότι κάθε φωτόνιο εξάγει ένα ηλεκτρόνιο.

ε) Να κάνετε ποιοτική γραφική παράσταση της έντασης του φωτορεύματος i σε συνάρτηση με την τάση VAK (ανόδου – καθόδου), για την κόκκινη και τη μπλε λάμπα τοποθετημένες στην ίδια απόσταση από τη φωτοκάθοδο. Υποθέτουμε ότι κάθε φωτόνιο εξάγει ένα ηλεκτρόνιο.

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Τα άστρα είναι μαύρα σώματα…

δ1
A) H ένταση ανά μονάδα μήκους κύματος, του ηλιακού φωτός που φτάνει στη Γη, δίνεται από το διάγραμμα 1:

α) Πόσο είναι το εμβαδό κάτω από τη γκρι γραφική παράσταση; Δικαιολογείστε την απάντησή σας.
β) Η απόσταση της Γης από την επιφάνεια του Ήλιου είναι d = 1,5∙1011mΠοιος είναι ο ρυθμός εκπομπής φωτεινής ενέργειας από τον Ήλιο; Θεωρούμε τον Ήλιο ως σημειακή φωτεινή πηγή, που εκπέμπει ομοιόμορφα προς όλες τις διευθύνσεις.
γ) Υπολογίστε το ρυθμό με τον οποίο φωτόνια με το μήκος κύματος αιχμής, χτυπούν το γυαλί του φακού ενός τηλεσκοπίου με διάμετρο φακού δ = 200mm, αν υποθέσουμε ότι το φως του Ήλιου είναι μονοχρωματικό με αυτό το μήκος κύματος.

BΣτην επόμενη εικόνα βλέπουμε κάποια πολύ γνωστά άστρα και το χρώμα τους στην περιοχή του ορατού φωτός. Οι θερμοκρασίες τους – με τυχαία σειρά – μπορεί να είναι:

Συνέχεια 

Συνέχεια %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Στα άκρα του φάσματος ενός μέλανος σώματος

Σε ένα ιδανικό μέλαν σώμα, δύο άτομα α και β ταλαντώνονται με την ίδια ενέργεια ΕiΤο άτομο α απορροφά ένα φωτόνιο με συχνότητα f1 = f, ενώ το άτομο β απορροφά ένα φωτόνιο με συχνότητα f2 = 3f.

i) Να σχεδιάσετε ένα ποιοτικό διάγραμμα ενέργειας – συχνότητας (Ε-f) για τα ενεργειακά άλματα που κάνουν τα άτομα.

ii) Τα άτομα α και β αποδιεγείρονται. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις πιστεύετε ότι είναι σωστές ή λάθος; Δικαιολογείστε τις απαντήσεις σας.

α) Το άτομο α θα εκπέμψει μόνο ένα φωτόνιο συχνότητας  f1, επιστρέφοντας στην Εi.

β) Το άτομο β είναι πιο πιθανό να εκπέμψει ένα φωτόνιο συχνότητας  f2, επιστρέφοντας στην Εi.

γ) Το άτομο β είναι πιο πιθανό να εκπέμψει τρία φωτόνια συχνότητας  f1, επιστρέφοντας στην Εi.

iii) Σχεδιάστε ένα ποιοτικό διάγραμμα ενεργειακών σταθμών, που να φαίνονται οι εκπομπές φωτονίων από τα άτομα α και β, κατά την αποδιέγερσή τους.

iv) Μπορείτε τώρα να εξηγήσετε γιατί η γραφική παράσταση της φασματικής αφετικής ικανότητας (έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος) του μέλανος σώματος, τείνει στο μηδέν για πολύ μικρά ή πολύ μεγάλα μήκη κύματος;

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Ελάχιστη ενέργεια φωτονίου για σκέδαση Compton

Σε ένα πείραμα μελέτης του φαινομένου Compton, θέλουμε ένα ακίνητο ηλεκτρόνιο, μετά τη σκέδαση του προσπίπτοντος φωτονίου, να αποκτήσει κινητική ενέργεια Κ = 32keV.

α) Ποια είναι η ελάχιστη ενέργεια Ε ενός φωτονίου, που μπορεί να προκαλέσει αυτή τη σκέδαση;

β) Για καθηγητές

Η ταχύτητα του ηλεκτρονίου μπορεί να υπολογιστεί με τη βοήθεια της Κλασσικής Φυσικής;

Δίνονται μάζα ηρεμίας ηλεκτρονίου m = 9,1∙10-31kg, ταχύτητα φωτός στο κενό c = 3 ∙ 108m/και 1eV = 1,6 ∙ 10-19J

Απάντηση 

Απάντηση%ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Προσοχή! Ακτίνες Χ

Στο σχήμα 1 φαίνεται ένα άτομο του υλικού της ανόδου ενός σωλήνα Coolidge, που χρησιμοποιείται για παραγωγή ακτίνων Χ. Φαίνονται επίσης οι τροχιές δύο ηλεκτρονίων e1 και e2 που έφτασαν από την κάθοδο στην άνοδο με την ίδια κινητική ενέργεια και διήλθαν μέσα από αυτό το άτομο.

i) Ποιο από τα παρακάτω χημικά στοιχεία χρησιμοποιήθηκε για το υλικό της ανόδου;

α)  74Ge32                      β) 74As33                        γ) 184W74

ii) Αν γνωρίζουμε ότι τα σημεία τήξης των παραπάνω υλικών είναι

α) θGe = 938,25 0C        β) θAs = 816,9 0C           γ) θW= 3.422 0C

ποιο υλικό θα χρησιμοποιούσαμε για την άνοδο; Γιατί;

iii)        1) Το σχήμα 1 αναφέρεται στον τρόπο που παράγεται το συνεχές ή το γραμμικό φάσμα;

2) Για τα μήκη κύματος λ1 και λ2 των δύο εκπεμπόμενων φωτονίων ισχύει

α) λ1 > λ2                      β) λ1 < λ2                      γ) λ1 = λ2

Συνέχεια 

Συνέχεια %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Kατηγορίες

Πρόσφατα άρθρα

Σαν σήμερα

21/7/1718: Υπογράφεται η Συνθήκη του Πασάροβιτς, ανάμεσα στην Αυστρία, τη Βενετία και την Οθωμανική Αυτοκρατορία.
H Τουρκία χάνει εδάφη στα βόρεια Βαλκάνια, κερδίζει τις κτήσεις της Βενετίας σε Πελοπόννησο και Κρήτη.

Άνοιγμα μενού
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς
Αντίθεση
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων