Regne fotoelektrisk effekt

Regne fotoelektrisk effekt

Fotonenergi, løsrivingsarbeid og maksimal kinetisk energi til frigjorte elektroner – steg for steg.

Den fotoelektriske effekten er beviset på at lys kommer i pakker – fotoner. Hvert foton har energien E = h·f. Treffer det en metalloverflate, kan det løsrive et elektron hvis energien er stor nok. Dette er kjernen i atomfysikken i Fysikk 1.

På denne siden

1. Formlene du trenger
2. Modellutregning 1: fotonenergi
3. Modellutregning 2: kinetisk energi til elektronet
4. Modellutregning 3: grensefrekvens
5. Slik tenker en 6-er
6. Vanlige feil
7. Ofte stilte spørsmål

Formlene du trenger

E = h·f = h·c/λ • E_k,maks = h·f − W₀ • f₀ = W₀/h

Størrelse	Symbol	Verdi / enhet
Plancks konstant	h	6,63·10⁻³⁴ J·s
Lysfarten	c	3,00·10⁸ m/s
Løsrivingsarbeid	W₀	metallavhengig (ofte oppgitt i eV)
1 elektronvolt	1 eV	1,602·10⁻¹⁹ J

Nøkkelpoeng

Et elektron frigjøres bare hvis fotonet har nok energi: h·f må være større enn løsrivingsarbeidet W₀. Overskuddet blir elektronets bevegelsesenergi: E_k,maks = h·f − W₀. Sterkere lys (flere fotoner) gir flere elektroner, men ikke raskere – farten avhenger bare av frekvensen.

Modellutregning 1: fotonenergi

Lys med bølgelengde 400 nm treffer en metallplate. Finn energien til ett foton, både i joule og elektronvolt.

E = h·c/λ = 6,63·10⁻³⁴ · 3,00·10⁸ / 400·10⁻⁹

E = 4,97·10⁻¹⁹ J = 4,97·10⁻¹⁹ / 1,602·10⁻¹⁹ = 3,10 eV

Modellutregning 2: kinetisk energi til elektronet

Metallet har løsrivingsarbeid W₀ = 2,0 eV. Hvor stor blir den maksimale kinetiske energien til de frigjorte elektronene?

E_k,maks = h·f − W₀ = 3,10 eV − 2,0 eV = 1,10 eV

Siden 3,10 eV > 2,0 eV, frigjøres elektroner. Hadde fotonenergien vært mindre enn 2,0 eV, ville ingen elektroner blitt løsrevet – uansett hvor sterkt lyset var.

Modellutregning 3: grensefrekvens

Finn grensefrekvensen f₀ og den tilhørende grensebølgelengden for metallet (W₀ = 2,0 eV = 3,20·10⁻¹⁹ J).

f₀ = W₀/h = 3,20·10⁻¹⁹ / 6,63·10⁻³⁴ = 4,84·10¹⁴ Hz

λ₀ = c/f₀ = 3,00·10⁸ / 4,84·10¹⁴ = 620 nm

Lys med lengre bølgelengde enn 620 nm (lavere frekvens) klarer ikke å frigjøre elektroner fra dette metallet.

🎯 Slik tenker en 6-er

En 6-er forklarer hvorfor sterkere lys ikke gir raskere elektroner: energien per foton avhenger bare av frekvensen. Han holder styr på enhetene (J vs. eV), og bruker grensefrekvensen til å avgjøre om elektroner i det hele tatt frigjøres.

⚠️ Vanlige feil

• Tror sterkere lys gir raskere elektroner. Det gir flere elektroner, ikke raskere.
• Blander J og eV. Husk 1 eV = 1,602·10⁻¹⁹ J.
• Glemmer å trekke fra W₀. Kinetisk energi er overskuddet: h·f − W₀.
• Bruker feil fortegn når h·f < W₀ – da frigjøres ingen elektroner.

Ofte stilte spørsmål

Hva er den fotoelektriske effekten?

At lys kan slå løs elektroner fra en metalloverflate. Den kan bare forklares hvis lys kommer i energipakker (fotoner), og var et viktig bevis for kvantefysikken.

Hvorfor gir ikke sterkere lys raskere elektroner?

Fordi hvert elektron frigjøres av étt foton. Energien per foton avhenger bare av frekvensen (E = h·f). Sterkere lys betyr flere fotoner, altså flere elektroner – men ikke mer energi per elektron.

Hva er løsrivingsarbeidet?

Den minste energien som skal til for å frigjøre et elektron fra metallet, symbol W₀. Er fotonenergien mindre enn W₀, frigjøres ingen elektroner.

Hva er grensefrekvensen?

Den laveste frekvensen som klarer å frigjøre elektroner: f₀ = W₀/h. Lys med lavere frekvens (lengre bølgelengde) gir ingen fotoelektrisk effekt, uansett intensitet.