campi continui

Effetto fotoelettrico

La fenomenologia dell’effetto presenta alcune analogie con quella delle interazioni chimiche: due “sostanze”, quella della lastra materiale e quella della radiazione elettromagnetica vengono in contatto e, nella reazione, si produce materia elettronica.

Vista l’analogia di comportamento fra campi materiali e campi elettromagnetici ci sembra naturale provare a fare un grossolano modello di interazione radiazione-materia, analogo a quello dell’interazione chimica.
Il set-up sperimentale per ottenere l’effetto fotoelettrico è il seguente:

.effetto fotoelettrico

Schema dell’apparato sperimentale di Lenard

. non ci si addentrerà nella spiegazione dettagliata di come avviene l’esperimento e neppure sui grafici relativi alle misure eseguite, del resti ben noti a tutti. Riportiamo qui, solo per comodità di discorso le leggi fenomenologiche ricavate dagli esperimenti di Lenard, facendo riferimento per il loro significato all’apparato sperimentale sopra raffigurato.

  • Per ogni metallo esiste una frequenza caratteristica ν0 detta frequenza di soglia tale che, se la radiazione incidente ha frequenza ν <ν0, qualunque sia  l'intensità luminosa I,  l'emissione fotoelettrica non avviene.
  • Esiste una differenza di potenziale frenante Va  negativa, detta potenziale di arresto, tale che per differenze di  potenziale  ΔV<Va  (quindi in modulo |ΔV|>|Va|)  non si misura alcuna corrente nell'amperometro,  mentre per differenze di potenziale  ΔV>Va  si  misura una corrente di placca che aumenta fino a raggiungere un valore costante che risulta indipendente da V.

Ciò  significa che il pennello elettronico esce dal  fotocatodo  con una energie cinetica per unità di volume che varia da zero fino ad un valore massimo  Ec,max = rVa. Tale densità di energia cinetica massima cresce al crescere di ν  ( ma è indipendente da I . Dipende invece dalla natura dell'elettrodo, come si può verificare con elettrodi di materiali diversi

  • L'intensità di corrente i è proporzionale all'intensità luminosa I (Intensità luminosa).

Inoltre si rivelò che

  • L'emissione fotoelettrica è  praticamente immediata  qualunque  sia  l'intensità della luce incidente (il  tempo  di  emissione è »10-9 s anche per I molto basse).

  Supponiamo allora che l’effetto fotoelettrico possa essere spiegato dal fatto che, nell’interazione tra la luce incidente e la materia, alcuni quanti di luce (l’analogo per la luce degli atomi e degli elettroni per la materia) interagiscano con alcuni quanti materiali.