ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ปรากฏการณโ์ ฟโตอิเลก็ ทริก ทฤษฎี ปรากฎการณโ์ ฟโตอเิ ลก็ ทริกเปน็ ปรากฎการณ์ที่เกิดขึน้ เม่ือแสงท่อี ยูใ่ นบางชว่ งของคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้าตกกระทบ โลหะแลว้ มอี เิ ล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะ ผูค้ ้นพบคนแรกคือ เฮริ ทซ์ (H. Hertz) ในปคี .ศ. 1887 ขณะทเี่ ขาทําการทดลองเพื่อ สนับสนนุ ทฤษฎีคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ของแมกซ์เวลล์ (Maxwell’s Electromagnetic Theory) และในปี ค.ศ. 1905 ไอน์สไตน์ (A. Einstein) ไดส้ รา้ งสมการขน้ึ มาเพ่อื อธิบายปรากฏการณโ์ ฟโตอเิ ลก็ ตรอกโดยใช้สมมติฐานของพลังค์มา ประยกุ ตก์ บั การแผ่รังสีคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า ตอ่ มาในปี ค.ศ. 1916 มิลแิ กน (R.A. Millikan) ไดท้ ําการทดลอง ปรากฎการณโ์ ฟโตอเิ ล็กทรกิ อย่างสมบรู ณ์ผลการทดลองพบวา่ สอดคล้องกบั สมการของไอน์สไตน์เป็นอยา่ งดี เม่ือคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้าตกกระทบลงลนผิวโลหะดงั แสดงในรูปที่ 1 ปรากฏว่าถ้าความถ่ีของคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ามีคา่ มากกวา่ ความถี่ขีดเริม่ (threshold frequency) ค่าหนงึ่ จะสามารถทาํ ใหอ้ เิ ล็กตรอนภายในโลหะหลุดออกมาได้เราเรยี ก ปรากฏการณ์น้วี ่า “ปรากฏการณโ์ ฟโตอเิ ล็กทรกิ ” (photoelectric effect) และอิเล็กตรอนท่ีหลดุ ออกมาโดยกระบวนการน้ี เรยี กว่า “โฟโตอเิ ล็กตรอน” (photoelectron) รปู ท่ี 1 แผนภาพการเกิดปรากฏการณโ์ ฟโตอิเลก็ ทรกิ รูปที่ 2 เครือ่ งมือท่ใี ช้แสดงปรากฏการณโ์ ฟโตอิเลก็ ทริก

วธิ ที ดลอง รปู ท่ี 3 ชุดการทดลองโฟโตอเิ ล็กทริก 1. ปรบั คา่ ตัวจ่ายไฟฟา้ ของจ่ายไฟฟา้ ชดุ ทดลองโฟโตอิเลก็ ทริก ไปทีค่ ่าต่ำสดุ min แล้วตอ่ ไฟฟา้ 9 V ใหก้ บั ชุดทดลอง โฟโตอเิ ล็กทริก 2. ตอ่ Ammeter และ Voltmeter เขา้ กับชดุ ทดลองโฟโตอิเล็กทริกให้ถกู ช่อง ตามที่ระบไุ วใ้ นตวั เครอ่ื ง 3. เปิดมอื ถือโดยปรับใหม้ คี วามสว่างสงู สุด แลว้ ใชส้ สี ้ม โดยใช้ฟิลเตอรส์ ีส้มวางไวบ้ นโฟโตเซลล์ แล้วเอาแสงจากแฟลชมอื ถอื ส่องผ่านฟิลเตอรไ์ ปยงั โฟโตเซลล์ ในขณะนี้ท่ี Ammeter จะอา่ นกระแสได้ค่าหนึ่ง ซง่ึ แสดงวา่ มีโฟโตอเิ ลก็ ตรอนไหลในวงจร ให้นักเรียนปรบั เพ่มิ ความตา่ งศกั ยบ์ นชดุ การทดลองจนกวา่ กระแสจะเปน็ 0 A แลว้ บนั ทกึ คา่ ความตา่ งศกั ย์นนั้ เรียกว่า คา่ ความต่างศกั ยห์ ยุดย้ัง Vs 4. ทำการทดลองซำ้ ตามขอ้ 3 โดยเปล่ียนสีของแสงเป็น สีเขยี ว และ สนี ้ำเงินตามลำดับ บันทึกค่าทไ่ี ดจ้ ากข้อ 3 และ ขอ้ 4 ลงในตารางท่ี 1 ความถี่ของแสงคำนวณได้โดยใช้สมการ C=fλ f = C/λ f = 3✕108/λ ตารางท่ี 1 บันทกึ ผลการทดลองโฟโตอิเล็กทรกิ ความยาวคลื่น (λ) ความถ่ี (f) กระแสโพโตอิเล็กตรอน ความต่างศักยห์ ยดุ ยง้ั (Vs) nm Hz mA V 608 (สสี ้ม) 533 (สีเขียว) 468 (สนี ้ำเงนิ )

5. จากตารางที่ 1 ให้นักเรียนเขยี นกราฟระหวา่ งความถ่ีแสง f (แกน X) กบั ความต่างศักย์หยดุ ยัง้ Vs (แกน Y) 6. จากสมการ Ekmax = hf - W eVs = hf - W Vs = ℎ f - ������ ������ ������ จากสมการเส้นตรง y=mx+c ดงั น้ันจากกราฟในขอ้ 5 ความชันของกราฟน้คี อื คา่ คงทขี่ องพลงั ค์ / ประจอุ เิ ลก็ ตรอน slope = ℎ (ประจอุ ิเลก็ ตรอน e = 1.6 ✕ 10-19 C ) ������ จากสมการดงั กลา่ วเราจงึ สามารถหาค่าคงท่ีของพลังค์ได้จากสมการ h = slope ✕ e ให้นักเรยี นคำนวณคา่ คงที่ของพลงั ค์จากการทดลอง แลว้ นำไปเปรียบเทียบกบั คา่ คงทข่ี องพลงั คม์ าตรฐาน ● h = 6.63✕10-34 Js