EFFETTO FOTOELETTRICO

NATURA CORPUSCOLARE DELLA LUCE

Un metallo, colpito da radiazione ultravioletta, emette elettroni solo se la frequenza della radiazione incidente supera una frequenza di soglia, caratteristica del metallo:

SCOPERTA DELL'EFFETTO FOTOELETTRICO - OSSERVAZIONI SPERIMENTALI

1. Per ogni metallo esiste una frequenza minima ʋ₀ detta “frequenza di soglia della radiazione incidente”. L'emissione di elettroni da parte del metallo si osserva solo se la radiazione che incide su di esso possiede una frequenza maggiore della frequenza di soglia: ʋ>ʋ₀.

2. L'energia cinetica degli elettroni emessi aumenta linearmente all'aumentare della frequenza della radiazione incidente ed e' indipendente dall'intensita' della radiazione incidente.

3. Fissata la frequenza della radiazione incidente, il numero di elettroni emessi e' proporzionale all'intensita' della radiazione incidente.

INTERPRETAZIONE DI EINSTEIN DELL'EFFETTO FOTOELETTRICO

Nel 1905 Albert Einstein trovo' una spiegazione alle osservazioni sperimentali. Egli utilizzo' l'ipotesi di Planck della quantizzazione dell'energia e propose che la radiazione elettromagnetica fosse costituita da particelle chiamate quanti di luce (successivamente denominate fotoni).

Secondo la teoria di Einstein ciascun fotone puo' trasportare una quantita' di energia E = hʋ. Quando un fotone colpisce un atomo gli trasferisce la sua energia e se questa e' maggiore dell'energia E₀, energia necessaria a strappare dall'atomo l'elettrone ad esso meno legato, allora si verifica l'emissione dell'elettrone. Pertanto, l'effetto fotoelettrico si osserva quando:

hʋ ≥ E₀

ossia, quando la frequenza della radiazione incidente e' ʋ ≥ E₀/h. La frequenza ʋ₀ = E₀/h e' detta frequenza di soglia della radiazione incidente.

L'energia cinetica degli elettroni emessi dipende direttamente dalla frequenza della radiazione incidente secondo la relazione:

E_cin = hʋ - W₀

dove W₀ e' il lavoro necessario per sottrarre un elettrone al metallo.

La dipendenza dell'energia cinetica degli elettroni emessi in funzione della frequenza della radiazione incidente e' rappresentata nel grafico:

In definitiva, le caratteristiche dell'effetto fotoelettrico si spiegano facilmente pensando alla radiazione elettromagnetica come ad un insieme di fotoni. Se l'energia del fotone non raggiunge quella necessaria ad allontanare un elettrone dal metallo, l'elettrone non sara' emesso, qualunque sia l'intensita' della radiazione incidente. Invece, se l'energia hʋ del fotone e' maggiore di quella necessaria ad allontanare un elettrone dal metallo, allora sara' espulso un elettrone, indipendentemente dall'intensita' della radiazione incidente.

Per “intensita' della radiazione incidente” si intende il numero di fotoni in essa presenti ed aventi ciascuno energia E = hʋ.