ปรากฏการณ์โฟโตอีเล็กตริก

ปรากฏการณ์ที่แสงความถี่สูงๆเมื่อฉายไปยังโลหะ ทำให้โลหะสูญเสียประจุเรียกว่า photoelectric effect.

ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นกับโลหะหลายชนิดถ้าความยาวคลื่นของแสงไม่มากเกินไป สำหรับโลหะแต่ละชนิดจะมีขีดจำกัดของความยาวคลื่นของแสงที่จะไม่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ได้เลยไม่ว่าแสงจะมีความเข้มสูงสักเท่าไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้สร้างความฉงนให้กับนักวิทยาศาสตร์อยู่ระยะหนึ่ง

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เป็นผู้อธิบายได้เมื่อปี 1905 โดยอธิบายว่า : แสงประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน (photons) พลังงานของโฟตอนมีค่าเป็นสัดส่วนโดยตรงความถี่ของแสง ในการทำให้อีเล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งซึ่งขึ้นกับชนิดของโลหะ เรียกว่าฟังก์ชันงาน (work function) ถ้าพลังงานของโฟตอนมากกว่านี้ก็จะสามารถทำให้อีเล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะได้ คำอธิบายนี้เขียนเป็นสมการได้ดังนี้ :

Ekin   =   h f   –   W

Ekin ... พลังงนจลน์สูงสุดของอีเล็กตรอนที่หลุด

h ..... ค่าคงตัวของแพลงค์ (6.626 x 10-34 Js)

f ..... ความถี่

W ..... ฟังก์ชันงาน

โปรแกรมแสดงการทดลองหาค่าคงตัวของแพลงค์และฟังก์ชันงาน : เส้นสเปกตรัมของแสงถูกกรองจากแสงของหลอดบรรจุไอปรอท แสงนี้ตกกระทบแคโทด (C) ของเซลโฟโตอีเล็กตริกและอาจทำให้มีอีเล็กตรอนหลุดออกมาได้ เพื่อที่จะหาค่าพลังงานจลน์สูงสุดของอีเล็กตรอนที่หลุดออกมาจำเป็นต้องเพิ่มโวลเตจที่จะหยุดการเคลื่อนที่ของอีเล็กตรอนไม่ให้ไปถึงแอโนด (A) มิเตอร์สีน้ำเงินแสดงขนาดของโวลเตจหยุดยั้งนี้ มิเตอร์สีแดงแสดงให้เห็นว่ามีอีเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปถึงแอโนดหรือไม่

แผงควบคุมทางขวาจะทำให้สามารถปรับเปลี่ยนชนิดของวัสดุที่ใช้ทำแคโทด(Cathode material) ความยาวคลื่น(Spectral line) และโวลเตจหยุดยั้ง(Retarding voltage) โปรแกรมจะแสดงค่าความถี่ของแสง(Frequency) พลังงานของโฟตอน(Energy of a photon) ฟังก์ชันงาน(Work function) และพลังงานจลน์สูงสุดของอีเล็กตรอน (Maximal Kinetic energy of an electron) ส่วนผลการวัดแสดงเป็นแผนภาพของความถี่กับโวลเตจทางด้านล่างซ้าย ซึ่งสามารถลบได้ด้วยปุ่ม "Clear measurements" ทางขวา

ในการทดลองสำหรับวัสดุที่ใช้ทำแคโทดแต่ละชนิดที่เลือก ให้หาความยาวคลื่นของแสงที่ทำให้อีเล็กตรอนหลุด แล้วปรับค่าโวลเตจที่จะหยุดอีเล็กตรอนที่หลุดได้ ในแผนภาพจะแสดงผลลัพธ์ของการทดลองซึ่งนำมาคำนวณหาค่าคงตัวของแพลงค์ได้


Physics
Physics Applets
(Overview)
(ภาษาไทย)

URL: http://www.walter-fendt.de/ph11e/photoeffect.htm
© Walter Fendt, February 20, 2000
Last modification: December 27, 2002
ผู้แปลและเรียบเรียง : นิรมล ปีตะนีละผลิน