Concetti Chiave
- L'emissione fotoelettronica si verifica quando i fotoni colpiscono gli elettroni di un metallo, fornendo loro energia sufficiente per superare la barriera di potenziale superficiale.
- La quantità di energia contenuta nei fotoni è proporzionale alla loro frequenza e non all'intensità della radiazione, che è invece legata al numero di fotoni.
- Il potenziale di estrazione del metallo influisce sulla frequenza minima necessaria per l'emissione fotoelettronica, nota come soglia fotoelettrica.
- I metalli alcalini, come potassio e cesio, sono preferiti per l'emissione fotoelettronica grazie al loro basso potenziale di estrazione, che permette di utilizzare la luce visibile come radiazione.
- La cellula fotoelettrica è un dispositivo che sfrutta l'emissione fotoelettronica, generando una corrente elettronica diretta attraverso l'applicazione di un campo elettrico.
Che cos'è l'emissione fotoelettronica e i fotoni?
Un altro sistema energetico che conferisce agli elettroni liberi di un metallo l’energia sufficiente a superare la barriera di potenziale superficiale, è quello di far cadere una radiazione elettromagnetica (radiazioni luminose e radiazioni ultraviolette) su alcuni metalli.
Infatti le radiazioni sono da considerarsi un’emissione di granuli, detti fotoni, contenenti una quantità di energia proporzionale, si badi bene, alla frequenza e non all’intensità della radiazione. L’intensità della radiazione è determinata dal numero dei fotoni.
Gli elettroni vaganti del metallo, colpiti dai fotoni, ricevono un’energia sufficiente per essere emessi, purché l’energia contenuta nei fotoni sia uguale o superi quella necessaria all’estrazione e cioè quella che l’elettrone perde nel passare attraverso la barriera di potenziale del metallo.
Potenziale di estrazione e frequenza
Essendo l’energia di estrazione proporzionale al potenziale di estrazione del metallo e l’energia del fotone proporzionale alla frequenza della radiazione agente, si deduce che più basso è il potenziale di estrazione e minore può essere la frequenza dell’onda radiante. La minima frequenza o frequenza limite per la quale si ha l’emissione fotoelettronica prende il nome di soglia fotoelettrica o di frequenza.
Uso dei metalli alcalini
In pratica per l’emissione fotoelettronica si usano i metalli alcalini (potassio, rubidio, cesio, ecc.), in quanto per il loro basso potenziale di estrazione, può essere usata come radiazione la luce visibile, più facile da ottenere che non le altre radiazioni.
Se in un’ampolla a vuoto spinto si fa cadere sul catodo, costituito da una sostanza sensibile alle radiazioni, un fascio luminoso si ha un’emissione di elettroni, detta emissione fotoelettronica. Applicando all’anodo il polo positivo di un generatore e al catodo il polo negativo, si ottiene una corrente elettronica diretta dal catodo all’anodo.
Tale dispositivo è chiamato comunemente cellula fotoelettrica. Anche in questo caso si ha il fenomeno della carica spaziale negativa, che limita il valore della corrente, e l’unidirezionalità della conduzione.
Domande da interrogazione
- Qual è il principio fondamentale dell'emissione fotoelettronica?
- Come si relazionano il potenziale di estrazione e la frequenza della radiazione?
- Perché i metalli alcalini sono preferiti per l'emissione fotoelettronica?
L'emissione fotoelettronica avviene quando i fotoni, che sono granuli di radiazione elettromagnetica, colpiscono gli elettroni di un metallo, fornendo loro l'energia necessaria per superare la barriera di potenziale superficiale, a condizione che l'energia dei fotoni sia sufficiente (come descritto nel testo).
L'energia di estrazione è proporzionale al potenziale di estrazione del metallo, mentre l'energia del fotone è proporzionale alla frequenza della radiazione. Di conseguenza, un potenziale di estrazione più basso consente l'emissione fotoelettronica a frequenze più basse, definita come soglia fotoelettrica (come spiegato nel testo).
I metalli alcalini, come potassio, rubidio e cesio, hanno un basso potenziale di estrazione, il che consente l'uso della luce visibile come radiazione per l'emissione fotoelettronica, rendendo il processo più accessibile rispetto ad altre radiazioni (come indicato nel testo).
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