MEZINÁRODNÍ ROK FYZIKY

Transkript

1 Fotolktrický jv MEZINÁRODNÍ ROK FYZIKY lš Lacina * a Hana Martinásková **, Přírodovědcká fakulta MU, Brno 9. črvna tohoto roku uplynulo sto lt od dn, kdy vyšl v němckém časopisu nnaln dr Physik článk lbrta Einstina ( ) O jdnom huristickém aspktu týkajícím s vzniku a přměny světla [1]. Bz nadsázky lz říci, ž šlo o jdnu z prací, ktré otřásly thdjším fyzikálním světm. Šstadvactiltý tchnický xprt III. třídy Švýcarského úřadu pro ochranu dušvního vlastnictví v Brnu v ní zavdl do fyziky idu světlného kvanta, z níž s postupně vyvinul jdn z základních pojmů modrní fyziky foton (1926). Těžištěm Einstinova txtu byly obcné úvahy o struktuř lktromagntického zářní vrcholící altrnativním odvozním thdy pět lt starého, či spíš nového, Planckova vyzařovacího zákona popisujícího rozdělní clkové nrgi rovnovážného tplného zářní (lktromagntického pol) mzi jho jdnotlivé spktrální složky (frkvnc). Einstin při tom vyslovil přsvědční, ž na tnto systém lz pohlížt jako na soubor lokalizovaných objktů světlných kvant o nrgii E = h f 34 ( h = 6,62 10 J s j konstanta zavdná Maxm Planckm ( ) roku 1900 a f j frkvnc zářní) pohybujících s rychlostí světla. Taková přdstava ovšm vzbudila značný přvážně ngativní ohlas Einstinových současníků argumntujících přdvším jjí nslučitlností s xistncí intrfrnčních jvů. Sám Einstin si byl tohoto problému samozřjmě také vědom, npovažoval jj však za npřkonatlný [2]. Užitčnost své kacířské myšlnky pak dmonstroval v zbytku zmíněného sdělní na fyzikálním objasnění několika do té doby nvysvětlných jvů. Njznámějším z nich j tzv. fotolktrický jv, jhož komntáři j věnována zhruba sdmina clkového rozsahu jho txtu. (Rlativně časté učbnicové odkazy na tnto článk jako na Einstinovu práci o fotolktrickém jvu jsou tdy, mírně řčno, málo výstižné.) Plné pochopní Einstinovy fundamntální prác, ktrá zásadním způsobm ovlivnila další vývoj fyziky, vyžaduj jistou fyzikální i matmatickou rudici. Jjí základní idu kvantový charaktr intrakc mzi lktromagntickým zářním a látkou lz však přsvědčivě przntovat i na nprofsionální úrovni: právě lmntárním výkladm fotolktrického jvu. OBJEV FOTOELEKTRICKÉHO JEVU VYŠETŘENÍ JEHO ZÁKLDNÍCH VLSTNOSTÍ Hinrich Hrtz Za objvitl fotolktrického jvu j považován němcký fyzik Hinrich Hrtz ( ), jnž si roku 1887 při svých pokusch prokázat xistnci Maxwllm přdpovězných lktromagntických vln všiml toho, ž osvětlní jiskřiště rzonátoru (C) světlm primární jiskry (B) usnadňuj vznik jiskry skundární (C) [viz obr. 1]. Postupným odfiltrováváním různých spktrálních složk světla primární jiskry pak dospěl k závěru, ž skundární jiskru posiluj ultrafialové zářní dopadající na jiskřiště rzonátoru. Dál už však tnto jv nzkoumal [3]. * lacina@physics.muni.cz ** 78026@mail.muni.cz Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

2 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv B Jiskřiště vysílač Jiskřiště přijímač Vysokonapěťová indukční cívka Obr. 1 Hrtzův xprimnt, ktrý vdl k objvu fotolktrického jvu. To, co bylo pro Hrtz jn málo důlžitým vdljším fktm, na nějž narazil při xprimntálním vyštřování vlastností lktromagntických vln, s stalo hlavním přdmětm odborného zájmu Hrtzova krajana Wilhlma Hallwachs (1859 až 1922) a ruského fyzika lxandra Stoltova ( ). Systmatickými pokusy s ozařováním různých matriálů (Zn; Na, K, Rb, ), jjichž uspořádání schmaticky vystihuj obr. 2, postupně zjistili, ž ozařování vodič z něj můž uvolňovat záporný náboj, pro každý ozařovaný matriál lxandr Stoltov xistuj určitá pro něj charaktristická minimální frkvnc f 0 (tzv. črvný práh fotolktrického jvu), od níž počínaj dochází k uvolňování záporného náboj, jv nxistuj f 0 jv xistuj f Wilhlm Hallwachs k uvolňování náboj z ozařovaného vodič dochází okamžitě po dopadu světla (o frkvnci f > f0 ). Násldujícími xprimnty s vyčrpanými trubicmi [viz obr. 3] tyto přdběžné výsldky opakovaně potvrdili, zpřsnili a ukázali, ž pokud v důsldku ozařování vznikn fotolktrický proud, pak jho vlikost J rost s intnzitou ozářní katody I. Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

3 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv Zn Zn Zn Zn UV UV Obr. 2 Pokusy HallwachsovaStoltovova typu. Zn J citlivý ampérmtr f, I Obr. 3 Pokusy s vyčrpanými trubicmi. FYZIKÁLNÍ INTERPRETCE FOTOELEKTRICKÉHO JEVU PRVNÍ EXPERIMENTÁLNÍ VYŠETŘENÍ KINETICKÉ ENERGIE FOTOELEKTRONŮ Josph John Thomson Přstož Hallwachs a Stoltov nzávisl na sobě dtailně prozkoumali základní vlastnosti fotolktrického jvu, nikdo z nich s jj npokusil fyzikálně vyložit. Rozhodující krok k nalzní jho podstaty učinil roku 1899 Josph John Thomson ( ), ktrý xprimntálně idntifikoval v nositlích záporného náboj unikajících z ozařovaného kovového vzorku lktrony, ktré sám o dva roky dřív objvil [4]. Základní komntář fyzikální intrprtac fotolktrického jvu s opírá o jdnoduchou přdstavu skokové změny potnciální nrgi lktronu na rozhraní mzi kovm a vnějším prostřdím [viz obr. 4]. E k kov vnější prostřdí Obr. 4a Rozhraní mzi kovm a vnějším prostřdím. Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

4 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv nrgi E E k W v nrgi lktronu opouštějícího kov potnciální nrgi lktronu v vnějším prostřdí E max lktrony kov vnější prostřdí potnciální nrgi lktronu v kovu Obr. 4b Enrgiová bilanc na rozhraní mzi kovm a vnějším prostřdím. Z obrázku 4b j možno také přímo odčíst kintickou nrgii uvolněného lktronu: rsp. kintická nrgi mitovaného lktronu = nrgi pohlcná lktronm výstupní prác E k = E W V (1) První tapu xprimntálního studia fotolktrického jvu završil Hrtzův někdjší žák a asistnt Philipp Lnard ( ). V řadě prací provdných v ltch jdnak nzávislými mtodami ověřil něktré poznatky svých přdchůdců (xistnc črvného prahu. Stoltov, lktronová podstata jvu J. J. Thomson), zjména však jako první provdl měřní kintické nrgi E k uvolňovaných lktronů. Princip jho měřicí mtody j jdnoduchý: J-li ozařovaná lktroda kladná vůči lktrodě sběrné, jsou mitované lktrony polm mzi nimi brzděny. Posunováním pohyblivého kontaktu K proměnného odporu R od jho střdu směrm doprava [viz obr. 5] dochází Philipp Lnard k plynulému zvyšování brzdícího napětí mzi oběma lktrodami a v důsldku toho také k postupnému poklsu fotoproudu procházjícího ampérmtrm. V K R Obr. 5a Schéma Lnardova xprimntálního uspořádání. Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

5 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv Pohyblivým kontaktm K proměnného odporu R (viz obr. 5a) s posunuj zlva doprava až do polohy, při níž výchylka ampérmtru klsn na nulu. 0 Ek = U stop stop : 0 V : U stop Obr. 5b Princip Lnardovy měřicí mtody. V okamžiku poklsu proudu na nulu nabývá zřjmě brzdící napětí takové hodnoty U stop, při níž pol mzi ozařovanou a sběrnou lktrodou zastaví lktrony právě přd jjich vstupm do kolktoru (a násldně j vrátí na lktrodu s kladným potnciálm). Thdy platí U = E, stop což umožňuj určit kintickou nrgii lktronů vystupujících z ozařované lktrody odčtním hodnoty U z stupnic voltmtru [viz obr. 5a]. Tato měřní vdla k závěru, ž stop E k rost s frkvncí f dopadajícího zářní, zatímco na jho intnzitě I (při nměnné frkvnci f ) nzávisí. k Běhm patnácti lt ( ) tak byly vyštřny základní vlastnosti fotolktrického jvu. Exprimntální zjištění, pro větší přhldnost shrnutá do tabulky 1, však byla natolik nčkaná, ž s ani Philipp Lnard, jnž byl npochybně jdním z njzasvěcnějších badatlů na tomto poli, npokusil o jho tortické vysvětlní [3, 5]. Exprimntální fakta 1. ozařování vodič z něj můž uvolňovat záporný náboj 2. xistuj mzní frkvnc f 0 (tzv. črvný práh) vzniku fotolktrického jvu 3. nxistuj časová prodlva mzi začátkm ozařování a začátkm uvolňování náboj 4. I J 5. E k nzávisí na I 6. f E k Tab. 1 Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

6 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv NEÚSPĚCH PRVNÍCH POKUSŮ O TEORETICKÝ POPIS FOTOELEKTRICKÉHO JEVU Přirozným východiskm tortického rozboru mchanismu a vlastností fotolktrického jvu byla obcná přdstava, ž lktrony jsou z ozařovaného vzorku mitovány v důsldku jjich urychlování lktrickou složkou dopadající lktromagntické vlny [6]. Intnzita I této 2 vlny j úměrná kvadrátu amplitudy E lktrického pol. S rostoucí intnzitou proto rost vlikost síly F = E působící na lktron, jnž v důsldku toho získá větší rychlost v, rsp. kintickou nrgii E k. To však nsouhlasí s xprimntálně zjištěným faktm uvdným na řádku 5 tabulky 1. Pokud má dopadající lktromagntická vlna vlkou amplitudu, pak by s měl lktron z kovu uvolnit prakticky okamžitě po začátku intrakc s ní bz ohldu na jjí frkvnci. Tnto závěr j ovšm v rozporu s xistncí prahové frkvnc f 0 fotofktu (viz tabulka 1, řádk 2). Dopadá-li na kov lktromagntická vlna malé amplitudy, koná lktron vynucné kmity. J-li při tom frkvnc f dostatčně odlišná od frkvnc f vl vlastních kmitů lktronu, pak lktron sic bud kmitat, al n natolik, aby mohl vystoupit z povrchu kovu. Má-li však dopadající světlo frkvnci rovnou vlastní frkvnci kmitů lktronu, pak amplituda jho kmitů s časm narůstá [viz obr. 6], až dosáhn takové hodnoty, kdy j lktron schopn kov opustit. f f vl Elktron nvystupuj z kovu. f = f vl čas Obr. 6 Kmity lktronu při obcné a vlastní frkvnci. Elktron vystupuj z kovu (po určité časové prodlvě od začátku intrakc s zářním). Z pohldu klasické fyziky by tdy v tomto případě k misi lktronů z kovu mělo docházt jn pro určité diskrétní frkvnc světla (tzv. rzonanční frkvnc), rsp. frkvnc v vlmi úzkých pásmch, nikoliv však v clém spojitém pásmu frkvncí f > f0, pro něž byl fkt pozorován. Navíc by k této misi nmělo docházt okamžitě po ozářní kovu, al mzi začátkm jho ozařování a uvolněním lktronu by měla xistovat určitá časová prodlva (např. pro fialové světlo s intnzitou 10 W m dopadající na povrch sodíku by trvalo víc nž 10 s, tdy téměř jdn rok, nž by k uvolnění lktronu došlo [8]). Tyto tortické závěry s však diamtrálně liší od xprimntálních zjištění uvdných v tabulc 1 na řádcích 2 a 3. Navíc popsaný rzonanční mchanismus uvolňování lktronů z kovu nijak nvysvětluj pozorovanou závislost kintické nrgi lktronů na frkvnci dopadajícího světla (tabulka 1, řádk 6). Tortická přdpověď s tdy sic shoduj s xprimntálním faktm uvdným na řádku 1 tabulky 1, s poznatky uvdnými na jjích řádcích 2, 3, 5, 6 s však rozchází. Už to by jistě stačilo k odmítnutí naznačného tortického postupu. Podívjm s však pro úplnost, pouční a inspiraci jště i na řádk 4, tj. přzkoumjm z mikroskopického hldiska také závislost fotolktrického proudu J na intnzitě světla I. Ustálný fotoproud J j určn lktrickým nábojm, ktrý projd ampérmtrm za jdnotku času: Q J =. t Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

7 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv Náboj Q, ktrý projd měřicím přístrojm za dobu t j týž, jako náboj, ktrý za čas též délky dopadn na sběrnou lktrodu. Lz jj snadno vyjádřit pomocí obsahu S povrchu této lktrody, vlikosti náboj lktronu, koncntrac n lktronů v trubici a jjich rychlosti v v trubici [viz obr. 7]: Q= n ( S v t). trubic sběrná lktroda S J vt Obr. 7 Urční vlikosti fotoproudu J. Fotoproud j pak dán vztahm Q n ( S v t) J = = = S n v, t t tj. J = konst. ( n v) [9]. Na základě přdstavy o intrakci lktromagntického vlnění s lktrony, ktrá byla formulována v tomto oddílu, by s rostoucí intnzitou zářní I měla růst kintická nrgi E k (a tdy i rychlost v) uvolňovaných fotolktronů, což vd k shodě s xprimntálním zjištěním uvdným na řádku 4 tabulky 1. Tnto dodatčný dílčí úspěch j však pouz zdánlivý, nboť s opírá o nsprávnou xprimntm vyvrácnou (viz řádk 5 tab. 1) přdstavu o růstu E k (rsp. v) s intnzitou zářní I. Pokus o tortické vysvětlní vlastností fotolktrického jvu vycházjící z přdstavy o mchanismu absorpc nrgi lktromagntického zářní lktrony, o niž s opíraly úvahy rozvíjné v tomto oddílu, tdy zcla ztroskotal. Exprimntální fakta Tortická očkávání / přdpovědi 1. ozařování vodič z něj můž uvolňovat záporný náboj SHOD 2. xistuj mzní frkvnc f 0 (tzv. črvný práh) fotolktrického jvu ROZPOR 3. nxistuj časová prodlva mzi začátkm ozařování a začátkm uvolňování ROZPOR náboj 4. I J ZDÁNLIVÁ SHOD 5. E k nzávisí na I ROZPOR 6. f E k Tab. 2 ROZPOR Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

8 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv Totéž konstatuj v roc 1905 lbrt Einstin jn krátkým odkazm: Tradiční názor, ž nrgi světla j rozložna spojitě v oblasti tímto světlm ozářné, působí při snaz o objasnění fotolktrických jvů popsaných v Lnardově průkopnickém článku vlké potíž [1] a stručně dokládá, ž použití jho idj světlných kvant o nrgii E = h f, zmiňované v úvodu tohoto txtu, při výkladu fotolktrického jvu k žádným problémům nvd. Elmntarizovaný výklad, jnž j obsahm tohoto sdělní, j však koncipován jinak nž [1], a proto pokračuj méně přímočař. MODERNÍ VÝKLD FOTOELEKTRICKÉHO JEVU JEHO EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ Podrobnější úvaha o makroskopických vličinách J (měřno ampérmtrm) a U stop (měřno voltmtrm) opírající s o jjich mikroskopické vyjádřní J = S n v, Ustop = Ek = m v, 2 vd k závislostm I v = konst., n (řádky 5 a 4 tabulky 1), f v (řádky 6 a 4 tabulky 1). Z toho pak přímo vyplývají mikroskopické závěry o fotolktrickém jvu, zachycné v násldujících piktogramch: Způsobí-li absorpc zářní o intnzitě I a frkvnci f misi určitého počtu lktronů s určitou rychlostí (kintickou nrgií), absorpc zářní větší intnzity stjné frkvnc způsobí misi většího počtu lktronů s stjnou rychlostí (kintickou nrgií). absorpc zářní též intnzity vyšší frkvnc způsobí misi lktronů s větší rychlostí (kintickou nrgií). Tab. 3 Tato zjištění lz pak přhldně shrnout do stručných závěrčných konstatování: zářní s větší intnzitou vyvolá misi většího počtu lktronů, zářní s větší frkvncí vyvolá misi lktronů s větší rychlostí (kintickou nrgií). Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

9 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv Fyzikální vysvětlní těchto závěrů podal jak již bylo uvdno roku 1905 lbrt Einstin: lktrony nabsorbují nrgii tak, jak s dosud mysllo (tj. v důsldku svého urychlování lktrickou složkou dopadající lktromagntické vlny), al po kvantch, jjichž v- E = konst. f. likost j úměrná frkvnci zářní ( ) Einstinova přdstava: SVĚTLO (ELMG. ZÁŘENÍ) = SOUBOR SVĚTELNÝCH KVNT jjich počt n I jjich nrgi E f *) PO DOPDU SVĚTL (ELEKTROMGNETICKÉHO ZÁŘENÍ) N VZOREK KŽDÉ TKOVÉ KVNTUM INTERGUJE S JEDNÍM ELEKTRONEM lbrt Einstin *) Einstin stanovuj i hodnotu konstanty v této úměrnosti, když píš E = h f. Tortická argumntac vyložná v tomto článku to numožňuj. Tab. 4 Po dosazní tohoto vyjádřní nrgi pohlcné lktronm do vztahu (1) s pak dostan tzv. Einstinova rovnic fotolktrického jvu: rsp. E = konst. f, (2a) k W V E = h f W. (2b) k (Ž takový tortický výklad fotolktrického jvu vd k shodě s všmi xprimntálními poznatky shrnutými v tabulc 1, rsp. 2, s čtnář snadno přsvědčí sám). Ida světlných kvant byla natolik provokativní, ž již v roc 1906 započal amrický fyzik Robrt Millikan ( ) s xprimnty, ktré ji měly vyvrátit. Exprimntální zjištění, o něž s opírala naš dosavadní argumntac, totiž nbyla tak jdnoznačná a spolhlivá, jak by s mohlo z přdcházjících formulací zdát. Přsné xprimntální studium jvu a jho rigorózní popis totiž vlmi ztěžuj clá řada problémů, ktré nbyly v tomto txtu vůbc zmíněny (lktrony vyltují z ozařovaného matriálu různými směry a mají různé nrgi; na ozařovaných vzorcích většinou alkalických kovch narůstají rychl oxidové vrstvy, což npříznivě ovlivňuj rprodukovatlnost měřní; Robrt Millikan měřné hodnoty proudů a napětí jsou vlmi malé, takž s na nich výrazně projvují fkty spojné s xistncí případných přchodových odporů a kontaktních napětí v obvodu; ). právě tyto komplikac způsobily, ž zjména Lnardovy závěry týkající s kintické nrgi E vyltujících lktronů měly jn vícméně ori- k ntační charaktr [3]. Millikanovou ctižádostí bylo provést měřní E k tak spolhlivě a přsně, aby to umožnilo ověřit podl Millikanova přsvědční vyvrátit platnost Einstinovy rovnic fotolktrického jvu (a tím i koncpci světlných kvant, na základě níž byla tato rovnic vyvozna). Mnohaltou ( ) pčlivou prací založnou na vlastní xprimntální mtodic umožňující odstranit, vykompnzovat nbo započítat všchny rušivé vlivy [10, 11] dospěl Mil- V Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

10 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv likan k naprosto spolhlivému závěru potvrzní Einstinovy rovnic fotolktrického jvu. Jho thdjší pocity klasického fyzika dokumntuj citát z jho pozdější vzpomínkové přdnášky [12]: [Einstinovo vysvětlní fotolktrického jvu z roku 1905] ignorovalo a dokonc s zdálo protiřčit všm čtným projvům intrfrnc a tak s zdálo být přímým návratm k korpuskulární torii světla, ktrá byla už od dob Youngových a Frsnlových zcla opuštěna. Strávil jsm dst lt svého života tstováním Einstinovy rovnic a navzdory všm svým očkáváním jsm byl v roc 1915 přinucn konstatovat jjí npochybné xprimntální potvrzní, nhldě na vškrou jjí nrozumnost, ktrá s zdála být v rozporu s vším, co jsm věděli o intrfrnci světla. FOTOELEKTRICKÝ JEV JKO TÉM STŘEDOŠKOLSKÉ FYZIKY Fotolktrický jv j tradičním tématm všch úvodních kurzů fyziky obsahujících tzv. modrní parti. Účlm jho zařazní j vysvětlní omzné platnosti klasických přdstav o intrakci mzi lktromagntickým zářním a látkou a sznámní s adkvátní koncpcí kvantovou. Podobnou možnost poskytují sic i témata jiná, např. rovnovážné tplné zářní ( zářní absolutně črného tělsa) či Comptonův jv, avšak fotolktrický jv j pro začátčnickou úrovň zvlášť vhodný, a to jak pro svoji rlativní jdnoduchost fyzikální (zjména v srovnání s rovnovážným tplným zářním), tak matmatickou (jak v srovnání s rovnovážným tplným zářním, tak Comptonovým jvm). Nadto lz řadu důlžitých vlastností fotolktrického jvu při výuc rovněž poměrně snadno dmonstrovat xprimntálně [3], zatímco obě další zmíněné altrnativy tuto možnost postrádají. Také z těchto důvodů zřjmě kladou důraz na fotolktrický jv i všchny novodobé gymnaziální učbnic fyziky [1318]. I když jsou dtaily výkladu v těchto pramnch pochopitlně odlišné, přc jn lz obcně říci, ž jho styl j v všch případch víc informativní, nž by snad být musl, a zdalka nvyužívá možností, ktré pro rozvoj fyzikálního myšlní studntů toto téma poskytuj. utoři jsou přsvědčni, ž fyzikálně i pdagogicky by bylo podstatně cnnější dospět k zavdní pojmu světlných kvant (fotonů) jako k východisku z nřšitlných potíží, do nichž vd klasický popis jvu, nž jn xistnci těchto potíží oznámit a poté přímo vyhlásit správné řšní. (Příslušnou argumntační linii by přitom s minimálním návodm mohli a měli! studnti formulovat sami.) V tomto směru s autoři zcla ztotožňují s rnoldm ronsm [19] zastávajícím názor, ž intlktuálně poctivé vzdělávání má przntovat vyvážné, pčlivě vyargumntované clky, ktré v každém svém místě obstojí přd otázkami typu Odkud vít, ž (podstatou fotolktrického jvu j mis lktronů?), Proč si myslít, ž (větší intnzita světla by měla způsobit misi lktronů s vyšší nrgií?) atd. Tnto přístup j nadto npochybně inspirativní i z obcného hldiska. Na aktuální zajímavosti pak nabývá rovněž v souvislosti s blížící s potřbou vytvářt nzávislé školní vzdělávací programy. To by však byl už jiný příběh. Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

11 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv lbrt Einstin Robrt Millikan Noblova cna za fyziku 1921 za zásluhy o tortickou fyziku s zvláštním přihlédnutím k objvu zákona fotolktrického jvu Noblova cna za fyziku 1923 za prác týkající s lmntárního lktrického náboj a fotolktrického jvu Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

12 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv Stručný přhld histori fotolktrického jvu 1887 HERTZ objv jvu 1887 HLLWCHS STOLETOV systmatické studium jvu; ozařují: Zn; Na, K, Rb, zjišťují vybíjní/nabíjní izolovaných vodičů, dtkují fotoproud 1899 THOMSON objv podstaty jvu: uvolňování lktronů z ozařovaného vodič 1902 LENRD xprimntální studium kintické nrgi fotolktronů ZTROSKOTÁNÍ POKUSŮ O TEORETICKÝ POPIS JEVU 1905 EINSTEIN výklad jvu na základě přdpokladu o xistnci světlných kvant 1906 MILLIKN xprimntální studium kintické nrgi fotolktronů s cílm vyvrátit Einstinův výklad 1914 MILLIKN xprimntální potvrzní Einstinova přdpokladu E f, rsp. = konst. f 1916 MILLIKN xprimntální potvrzní Einstinovy rovnic E = konst. f k a stanovní E k k W V 34 konst. = 6,57 10 J s= h EXPERIMENTÁLNÍ POTVRZENÍ KVNTOVÉHO CHRKTERU INTERKCE MEZI SVĚTLEM/ELEKTROMGNETICKÝM ZÁŘENÍM LÁTKOU Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ

13 Lacina, Martinásková: Fotolktrický jv LITERTUR POZNÁMKY: [1] Einstin.: Übr inn di Erzugung und Vrwandlung ds Lichts btrffndn huristischn Gsichtpunkt. nnaln dr Physik 17 (1905) 132. Podstatně dostupnější nž němcký originál jsou jho komntované anglické přklady, např. mrican Journal of Physics 33 (1965) 367 nbo Boors H.., Motz L. (Eds.): Th World of th tom, vol. I. Basic Books, Inc., Publishr, Nw York 1966, příp. Stachl J. (Ed.): Einstin s Miraculous Yar: Fiv Paprs That Changd th Fac of Physics. Princton Univrsity Prss [2] Omzný rozsah tohoto txtu ndovoluj Einstinovu argumntaci vyložit podrobněji. Hlubší zájmc můž najít podrobnější informaci např. v Zajac R., Pišút J., Šbsta J.: Historické pramn súčasnj fyziky 2. Univrzita Komnského, Bratislava 1997, str [3] Martinásková H.: Fotolktrický jv. Bakalářská prác. Přírodovědcká fakulta MU, Brno [4] Lacina.: Několik kroků do mikrosvěta 1. V: Sminář z fyziky 2003/ blok. [5] rons. B.: Taching Introductory Physics. John Wily & Sons, Nw York [6] Důvodm pro pominutí běžně mlčky ignorovaného silového účinku magntické složky j skutčnost, ž jjí amplituda B 0 = E (kd E 0 j amplituda složky lktrické, c j rychlost 0 c světla) viz např. [7]. V důsldku toho j síla Fmag = q ( v ) B, jíž působí magntická složka na libovolný náboj q pohybující s nrlativistickou rychlostí v, zandbatlná v srovnání s silou Fl = q E, jíž na něj působí složka lktrická. [7] lonso M., Finn E. J.: Fundamntal Univrsity Physics, vol. II. ddisonwsly, Rading, Massachustts [8] Bisr.: Úvod do modrní fyziky. cadmia, Praha [9] I když lz přdchozí úvahu formulovat s stjným výsldkm zcla obcně, j vhodné pro zjdnodušní další argumntac přdpokládat, ž s lktrony v trubici pohybují rovnoměrně. (Prakticky by toho bylo možné dosáhnout vynulováním napětí mzi oběma lktrodami: U = 0V.) Rychlost v vystupující v závěrčném vztahu pro fotoproud j v takovém případě totožná s rychlostí, s níž fotolktrony opouštějí ozařovanou lktrodu. [10] Millikan R..: Dirct Photolctric Dtrmination of Planck s Constant h. Th Physical Rviw 7 (1916) 355. [11] Trigg G. L.: Crucial Exprimnts in Modrn Physics. Van Nostrand Rinhold Company, Nw York Existuj i ruský přklad: Ršajuščij ksprimnty v sovrmnnoj fizik. Mir, Moskva [12] Millikan R..: lbrt Einstin on his Svntith Birthday. Th Rviw of Modrn Physics 21 (1949) 343. [13] Rudolf V., Fuka J., Hlavička.: Fysika pro jdnáctý postupný ročník. SPN, Praha [14] Fuka J. a kol.: Fyzika pro III. ročník střdní všobcně vzdělávací školy (pro III. a IV. ročník gymnázia). SPN, Praha [15] Pišút J. a kol.: Fyzika pro IV. ročník gymnázií. SPN, Praha [16] Štoll I.: Fyzika pro gymnázia Fyzika mikrosvěta. Galaxi, Praha [17] Štoll I.: Fyzika pro gymnázia Fyzika mikrosvěta. (3., přpracované vydání). Promthus, Praha [18] Pišút J. a kol.: Fyzika pr IV. ročník gymnázií. SPN, Bratislava [19] rons. B.: Csta k přírodovědné gramotnosti. Školská fyzika VII, č. 3 (2001) 61. Školská fyzika 3/ vrz ZŠSŠ