Egy 5mW teljesítményű 450nm hullámhosszú lézerrel fotocella katódját megvilágítva a fotocella max. áramerőssége 0,3mA lesz. Mekkora teljesítménnyel melegszik a katód a teljesen elnyelt lézerfény hatására?

A fotokatód a kilépési munkánál nagyobb energiájú fotonok hatására elektronokat emittál.

Ezt kűlső fotoeffektusnak nevezzük.

[link]

Tehát a kilépő elektron a kilépési munkának megfelelő energiát visz el a katódról.

Ezek az elektronok a nagyfesz hatására az anód felé vándorolnak.

A bemenő teljesítmény 5mW. P(be)= 5mw

A kimenő teljesítményt az anódon összegyűjtött elektronok kilépési munkája fedezi.

A veszteség ami melegíti a katódot az előbbi kettő különbsége.

Az anódon maximum 0,3mA áramerősség mérhető.

Ez megfelel 0,3mC/s átfoly töltésnek. ( 1 A = 1 Coulomb / másodperc)

Tehát az átfolyó töltés másodpercenként 0,3m Coulomb.

Ebbő az átfolyó elektronok száma másodpercenként 0,3m Coulom/elemi töltés (0,3mC/1,6 *10E-19 C =1,875* 10E15 db elektron/sec)

Egy elektron energiája a E=h* ν és c= λ* ν ből:

E(e)= h* c /λ = 6,626*10E-34 (J*s) * 2,99*10E8 (m/s) / 450*10E-9 =4,4 *10E-19 Joule energia.

A másodpercenkétni átfolyó elektronok számát megszorozva az általuk képviselt energiával megkapjuk a katódról kimenő teljesítményt.

P(KI)= 1,875* 10E15 db elektron/sec * 4,4 *10E-19 J = 0,8mW

Tehát a végeredmény P(be)-P(ki)= 5mW-0.8mW = 4.2mW teljesítmény fogja melegíteni a katódot.

A feladat egyszerűsítéseket tartalmaz:

* Minden felületen van fényreflexió tehát a felületre eső fény bizonyos része reflektálódik. Ezt itt elhanyagoljuk.

* Minden fotokatódra van egy kilépési munka ami megszabja hogy az elektronnak mekkora energiával kell rendelkezni hogy az elektron emmittálás megtörténjen.

Ha a foton nagyobb energiával rendelkezik akkor a különbség (veszteségként jelentkezik) melegíteni fogja az anyagot.

Mivel itt nem volt megadva az illető fotokatód anyaga vagy annak kilépési munkája ezért azt feltételeztem hogy a kilépési munka éppen akkora mint a 450nm-es lézerfény fotonjainak

az energiája.Tehát ezt a típusú veszteséget itt elhanyagoljuk.

Az utolsó megjegyzésem hibás.

A külső fotoeffektusnál a kilépési munkánál nagyobb fotonenergia a kilépő elektron mozgási energiáját fedezi és nem melegíti a katódot ezért lehet a kilépő elektron energiáját megfelelteti a 450nm-es foton energiájával.

A melegedést a fotokatód anyagára kell érteni.

A kilépő elektron nem tartozik oda többet és az energia amit elvitt az nem melegíti a katódot.

Egy kis gondolkodás után:

A gyakorlatban a ráeső fény kb fele reflektálódik szóval nem is melegíti a katódot.

Ez a feladat nagyon le van egyszerűsítve csak arra jó az alapokat elsajátítsa az ember.

Egyébként a fény fotonja mint elektromágneses hullám a térben haladó elektromos és mágneses tér kompozíciója.

Az elektromos komponens megrángatja az anyagban levő mozgásra képes elektronokat és ezek közül némelyik kiszabadul a rácsból a többi pedig ütközik a rácsatomokkal vagy a többi mozgásra képes elektronnal. Mivel a fémeknél a fémrácsban levő atomok rezgése és a fémrácsban elmozdulni képes elektronok mozgása képviseli a hőmérsékletet ezért ez növekszik.