האפקט הפוטואלקטרי

1. ‫ממשטח‬ ‫אלקטרונים‬ ‫פליטת‬ ‫תופעת‬
‫אור‬ ‫הקרנת‬ ‫בעקבות‬ ‫מתכתי‬
-
-
-
-
-
-

2. ‫למעשה‬
,
‫מוציא‬ ‫שאור‬ ‫מפתיע‬ ‫לא‬ ‫כלל‬ ‫זה‬
‫מהמתכת‬ ‫אלקטרונים‬
,
‫יש‬ ‫שלאור‬ ‫ברור‬ ‫הרי‬
‫מעביר‬ ‫הוא‬ ‫במתכת‬ ‫פוגע‬ ‫האור‬ ‫וכאשר‬ ‫אנרגיה‬
‫אנרגיה‬ ‫לאלקטרונים‬
.
‫יכולים‬ ‫האלקטרונים‬ ‫וכך‬
‫ממנה‬ ‫להשתחרר‬
.
‫קרינה‬
‫אלקטרונים‬

3. ‫באפקט‬ ‫מעניין‬ ‫כך‬ ‫כל‬ ‫היה‬ ‫מה‬ ‫אז‬
‫הזה‬
,
‫פרס‬ ‫עליו‬ ‫קיבל‬ ‫שאיינשטיין‬
‫נובל‬
?

4. ‫הרץ‬ ‫ידי‬ ‫על‬ ‫לראשונה‬ ‫נתגלה‬ ‫הפוטואלקטרי‬ ‫האפקט‬
(
1887
)
,
‫ליצירת‬ ‫המפורסמים‬ ‫בניסוייו‬ ‫שעסק‬ ‫בשעה‬
‫את‬ ‫ניסיונית‬ ‫להוכיח‬ ‫במטרה‬ ‫אלקטרומגנטיים‬ ‫גלים‬
‫אלקטרומגנטי‬ ‫גל‬ ‫האור‬ ‫היות‬ ‫על‬ ‫מקסוול‬ ‫תורת‬
.

5. ‫שהקרנת‬ ‫הראו‬ ‫הניסויים‬
‫באור‬ ‫מתכת‬ ‫לוח‬
,
‫גורמת‬
‫אלקטרונים‬ ‫להוצאת‬
‫מהמתכת‬
‫התגלה‬ ‫הפלא‬ ‫למרבה‬ ‫אך‬
‫גורם‬ ‫חלש‬ ‫אור‬ ‫מקור‬ ‫שגם‬
‫אלקטרונים‬ ‫לפליטת‬
‫מיד‬
‫עם‬
‫האור‬ ‫הדלקת‬
-
‫לא‬ ‫כי‬ ‫אם‬
‫כמות‬ ‫באותה‬
‫חזק‬ ‫כמקור‬
.

6. ‫כי‬
,
‫האור‬ ‫גלי‬ ‫האלקטרומגנטית‬ ‫התורה‬ ‫לפי‬
‫במתכת‬ ‫הפוגעים‬
,
‫בצורה‬ ‫אנרגיה‬ ‫מוסרים‬
‫משרעת‬ ‫את‬ ‫ועוד‬ ‫עוד‬ ‫מגדילים‬ ‫וכך‬ ‫רציפה‬
‫שלבסוף‬ ‫עד‬ ‫במתכת‬ ‫האלקטרון‬ ‫של‬ ‫התנודות‬
‫מהמשטח‬ ‫ניתק‬ ‫הוא‬
.
‫לא‬ ‫חלש‬ ‫שאור‬ ‫צפוי‬ ‫היה‬
‫אלקטרונים‬ ‫של‬ ‫מידית‬ ‫להוצאה‬ ‫יגרום‬
.

7. ‫מוזרים‬ ‫דברים‬ ‫הראו‬ ‫נוספים‬ ‫ניסויים‬
,
‫הסתדרו‬ ‫שלא‬
‫גלי‬ ‫אופי‬ ‫יש‬ ‫שלאור‬ ‫ההנחה‬ ‫עם‬
.
‫הוא‬ ‫שהאור‬ ‫היא‬ ‫הקלאסית‬ ‫הפיזיקה‬ ‫והנחת‬ ‫מאחר‬
‫רציפה‬ ‫אנרגיה‬ ‫בעל‬ ‫אלקטרומגנטי‬ ‫גל‬
,
‫שניסוי‬ ‫הרי‬
‫לקיים‬ ‫צריך‬ ‫זה‬ ‫מעין‬
:
‫אור‬ ‫של‬ ‫תדירות‬ ‫שלכל‬
,
‫אם‬
‫המתכת‬ ‫את‬ ‫זמן‬ ‫מספיק‬ ‫למשך‬ ‫נקרין‬
-
‫של‬ ‫בסופו‬
‫דבר‬
,
‫אלקטרונים‬ ‫תפלוט‬ ‫היא‬
.
‫אחרת‬ ‫הראו‬ ‫הניסויים‬ ‫אבל‬
!

8. ‫לא‬ ‫מסוימת‬ ‫בתדירות‬ ‫שאור‬ ‫מסתבר‬
‫ממתכת‬ ‫אלקטרונים‬ ‫להוציא‬ ‫הצליח‬
,
‫גם‬
‫שעות‬ ‫במשך‬ ‫הוקרנה‬ ‫שהמתכת‬ ‫לאחר‬
.

9. ‫גרם‬ ‫אחרת‬ ‫בתדירות‬ ‫אור‬ ‫אבל‬
‫מידי‬ ‫באופן‬ ‫אלקטרונים‬ ‫להוצאת‬
.
-
- -
-
-
-

10. ‫למעשה‬
,
‫לכן‬ ‫קודם‬ ‫עוד‬ ‫ידוע‬ ‫היה‬
,
‫צילום‬ ‫לוח‬ ‫כי‬
‫אדום‬ ‫אור‬ ‫מאשר‬ ‫כחול‬ ‫מאור‬ ‫יותר‬ ‫מושפע‬
.
‫הלוחות‬
‫לאור‬ ‫כלל‬ ‫רגישים‬ ‫היו‬ ‫לא‬ ‫שהומצאו‬ ‫הראשונים‬
‫אדום‬
,
‫צילום‬ ‫סרטי‬ ‫של‬ ‫הפיתוח‬ ‫נעשה‬ ‫היום‬ ‫ועד‬
‫אדום‬ ‫באור‬ ‫סטנדרטיים‬
,
‫עליהם‬ ‫משפיע‬ ‫שאינו‬
.
‫של‬ ‫הגלי‬ ‫למודל‬ ‫בסתירה‬ ‫עומד‬ ‫זו‬ ‫עובדה‬ ‫ציון‬ ‫עצם‬
‫האור‬
:
‫בעוצמת‬ ‫בעיקר‬ ‫תלויה‬ ‫אינה‬ ‫האור‬ ‫השפעת‬
‫האור‬
,
‫בצבעו‬ ‫אם‬ ‫כי‬
.
‫על‬ ‫ישפיע‬ ‫לא‬ ‫חזק‬ ‫אדום‬ ‫אור‬
‫צילום‬ ‫סרט‬
,
‫כחול‬ ‫שאור‬ ‫בזמן‬ ‫בו‬
,
‫חלש‬ ‫אפילו‬
,
‫ישחיר‬
‫אותו‬
.

11. ‫מדוע‬ ‫להבין‬ ‫אפשר‬ ‫אי‬
‫הרבה‬
"
‫אדומה‬ ‫אנרגיה‬
"
‫פעולה‬ ‫לבצע‬ ‫מסוגלת‬ ‫אינה‬
‫שמעט‬
"
‫כחולה‬ ‫אנרגיה‬
"
‫מבצעת‬
,
‫זו‬ ‫אנרגיה‬ ‫אם‬
‫רציפה‬ ‫בצורה‬ ‫מגיעה‬
,
‫עם‬
‫פני‬ ‫על‬ ‫הומוגנית‬ ‫חלוקה‬
‫שמחייבת‬ ‫כפי‬ ‫הגל‬ ‫חזית‬
‫הגלים‬ ‫תורת‬
.

12. ‫של‬ ‫האנרגיה‬ ‫את‬ ‫לחקור‬ ‫רצו‬ ‫המדענים‬
‫מהמתכת‬ ‫שיוצאים‬ ‫האלקטרונים‬
.
‫הבא‬ ‫המתקן‬ ‫את‬ ‫תכננו‬ ‫הם‬ ‫כך‬ ‫לשם‬
:
‫ווקום‬ ‫מיכל‬
‫אור‬ ‫מקור‬
‫מתכת‬
‫המטרה‬
‫אלקטרונים‬
‫שנפלטים‬
‫האוספת‬ ‫מתכת‬
‫האלקטרונים‬ ‫את‬
‫שנפלטו‬
-
-

13. ‫המעגל‬ ‫את‬ ‫נסגור‬ ‫אם‬
,
‫זרם‬ ‫יזרום‬
!
I
‫זוכרים‬
?
‫האלקטרונים‬ ‫תנועת‬ ‫לכיוון‬ ‫הפוך‬ ‫הזרם‬ ‫כיוון‬
!

14. ‫מתח‬ ‫מקור‬ ‫למעגל‬ ‫להוסיף‬ ‫החליטו‬ ‫המדענים‬
‫לשלוט‬ ‫שניתן‬ ‫סוללה‬
‫שלה‬ ‫המתח‬ ‫על‬

15. ‫הגאוני‬ ‫רעיון‬
!
‫לב‬ ‫שימו‬
,
‫מחובר‬ ‫החיובי‬ ‫שההדק‬
,
‫המטרה‬ ‫למתכת‬
!

16. ‫למתכת‬ ‫החיובי‬ ‫ההדק‬ ‫של‬ ‫החיבור‬ ‫בגלל‬
‫המטרה‬
,
‫מיכל‬ ‫בתוך‬ ‫חשמלי‬ ‫שדה‬ ‫נוצר‬
‫הווקום‬
.
E

17. ‫מהמתכת‬ ‫היוצאים‬ ‫האלקטרונים‬
,
‫בגלל‬
‫מהקרינה‬ ‫שקיבלו‬ ‫האנרגיה‬
,
‫בתוך‬ ‫נעים‬
‫חשמלי‬ ‫שדה‬
,
‫הפוך‬ ‫כוח‬ ‫עליהם‬ ‫המפעיל‬
‫תנועתם‬ ‫לכיוון‬
E
-
-

18. ‫מספיק‬ ‫אנרגיה‬ ‫בעלי‬ ‫אלקטרונים‬ ‫רק‬
‫שני‬ ‫לצד‬ ‫להגיע‬ ‫יצליחו‬ ‫גדולה‬
,
‫ולגרום‬
‫במעגל‬ ‫לזרם‬
.
E
-
-

19. ‫המדעים‬ ‫שרצו‬ ‫מה‬ ‫בדיוק‬ ‫וזה‬
!

20. ‫הסוללה‬ ‫של‬ ‫המתח‬ ‫עם‬ ‫לשחק‬ ‫ניתן‬
,
‫מהו‬ ‫ולמצוא‬
‫ביותר‬ ‫הקטן‬ ‫המתח‬
‫אלקטרון‬ ‫שאף‬ ‫לכך‬ ‫הגורם‬
‫שני‬ ‫לצד‬ ‫להגיע‬ ‫יצליח‬ ‫לא‬
.
‫זה‬ ‫מתח‬
,
‫האנרגיה‬ ‫על‬ ‫אינפורמציה‬ ‫לנו‬ ‫נותן‬
‫אנרגטי‬ ‫הכי‬ ‫לאלקטרון‬ ‫שהייתה‬
,
‫שמעיקרון‬ ‫כיוון‬
‫אנרגיה‬ ‫שימור‬
,
‫שהייתה‬ ‫הקינטית‬ ‫האנרגיה‬ ‫כל‬
‫חשמלית‬ ‫לאנרגיה‬ ‫הפכה‬ ‫לאלקטרון‬
.

21. ‫עוצר‬ ‫מתח‬ ‫שנצטרך‬ ‫ככל‬
‫יותר‬ ‫גדול‬
,
‫כך‬
‫תהיה‬ ‫לאלקטרונים‬
‫גדולה‬ ‫קינטית‬ ‫אנרגיה‬
‫יותר‬
e
V
mv
U
E elc
K
min
0
2
2
1



22. ‫קרה‬ ‫לא‬ ‫זה‬ ‫אבל‬
!
‫ציפו‬ ‫המדענים‬ ‫האור‬ ‫של‬ ‫הגלית‬ ‫התורה‬ ‫פי‬ ‫על‬
,
‫אור‬ ‫בעוצמת‬ ‫המטרה‬ ‫מתכת‬ ‫את‬ ‫שנקרין‬ ‫שככל‬
‫יותר‬ ‫גדול‬ ‫עצירה‬ ‫מתח‬ ‫נצטרך‬ ‫כך‬ ‫יותר‬ ‫גדולה‬
.
‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫את‬ ‫הגדילו‬ ‫שהם‬ ‫ככל‬
,
‫העצירה‬ ‫מתח‬
‫דבר‬ ‫אותו‬ ‫נשאר‬
!

23. ‫נוסף‬ ‫ניסוי‬ ‫על‬ ‫חשבו‬ ‫המדענים‬
!
‫הסוללה‬ ‫הדקי‬ ‫את‬ ‫להחליף‬
,
‫שמתכת‬ ‫כך‬
‫הסוללה‬ ‫של‬ ‫השלילי‬ ‫להדק‬ ‫מחוברת‬ ‫המטרה‬
‫השדה‬ ‫הפעם‬
‫החשמלי‬
,
‫גורם‬
‫לנוע‬ ‫לאלקטרונים‬
‫המתכת‬ ‫לכיוון‬
‫הקולטת‬
,
‫זרם‬ ‫וליצור‬
‫חשמלי‬
.
E
‫המתכת‬
‫הקולטת‬
‫מתכת‬
‫המטרה‬

24. ‫גילו‬ ‫המדענים‬
,
‫באור‬ ‫המטרה‬ ‫מתכת‬ ‫את‬ ‫מקרינים‬ ‫שכאשר‬
‫המתח‬ ‫את‬ ‫ומגדילים‬ ‫קבועה‬ ‫שעוצמתו‬
,
‫וגדל‬ ‫הולך‬ ‫הזרם‬
‫המתח‬ ‫הגדלת‬ ‫למרות‬ ‫יותר‬ ‫גדל‬ ‫שאינו‬ ‫מכסימלי‬ ‫ערך‬ ‫עד‬
.
‫בעוצמה‬ ‫אור‬ ‫עם‬ ‫רק‬ ‫ניסוי‬ ‫אותו‬ ‫את‬ ‫עשו‬ ‫הם‬ ‫וכאשר‬
‫יותר‬ ‫גדולה‬
,
‫לזרם‬ ‫יותר‬ ‫גבוה‬ ‫ערך‬ ‫קיבלו‬ ‫הם‬
‫המתקבל‬ ‫המכסימלי‬
V(V)
I(Amp)
P2
P3
P1
P1< P2< P3
P
‫האור‬ ‫עוצמת‬

25. ‫שיכולה‬ ‫תיאוריה‬ ‫הייתה‬ ‫לא‬ ‫למדענים‬
‫האור‬ ‫התנהגות‬ ‫את‬ ‫להסביר‬
‫כשל‬ ‫הגלי‬ ‫המודל‬
!

26. ‫האור‬ ‫אלומת‬ ‫כי‬ ‫הניח‬ ‫איינשטיין‬
‫להם‬ ‫קרא‬ ‫הוא‬ ‫מחלקיקים‬ ‫מורכבת‬
-
‫פוטונים‬
.
‫אנרגיה‬ ‫קוונט‬ ‫נושא‬ ‫אור‬ ‫חלקיק‬ ‫כל‬
.

27. ‫כי‬ ‫טען‬ ‫איינשטיין‬
:
‫במתכת‬ ‫הפוגע‬ ‫האור‬
‫חלקיקים‬ ‫כזרם‬
,
‫פוטונים‬
,
‫של‬ ‫והאנרגיה‬
‫היא‬ ‫פוטון‬ ‫כל‬
hf
.
‫כאשר‬
h
‫ו‬ ‫פלאנק‬ ‫קבוע‬ ‫זה‬
f
‫תדירות‬ ‫זו‬
‫האור‬
.
‫תלויה‬ ‫האור‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬
‫שלו‬ ‫בתדירות‬
!!!
‫צבע‬ ‫לכל‬
,
‫אחרת‬ ‫אנרגיה‬ ‫יש‬

28. ‫חלקיקים‬ ‫מזרם‬ ‫מורכב‬ ‫האור‬
,
‫אנרגיה‬ ‫יש‬ ‫חלקיק‬ ‫לכל‬
.
‫במתכת‬ ‫פוגע‬ ‫האור‬ ‫חלקיק‬ ‫כאשר‬
,
‫אנרגיה‬ ‫מוסר‬ ‫הוא‬
‫ממנו‬ ‫אותו‬ ‫ומוציא‬ ‫במתכת‬ ‫לאלקטרון‬
.

29. ‫זו‬ ‫הנחה‬ ‫בעזרת‬
,
‫מורכב‬ ‫שהאור‬
‫מחלקיקים‬
,
‫כל‬ ‫את‬ ‫להסביר‬ ‫ניתן‬
‫בניסוי‬ ‫שהתקבלו‬ ‫התופעות‬
!

30. ‫מהמתכת‬ ‫האלקטרון‬ ‫את‬ ‫לעקור‬ ‫כדי‬
,
‫דרושה‬
‫אנרגיה‬ ‫מינימום‬
.
‫חומר‬ ‫לכל‬
,
‫שונה‬ ‫כימי‬ ‫מבנה‬
,
‫האנרגיה‬ ‫גם‬ ‫ולכן‬
‫שונה‬ ‫ממנה‬ ‫האלקטרון‬ ‫להוצאת‬ ‫המינימלית‬
.
-
-
-
-
-
-
‫אלקטרון‬ ‫להוצאת‬ ‫המינימלית‬ ‫האנרגיה‬
,
‫אופיינית‬
‫חומר‬ ‫לכל‬
,
‫העבודה‬ ‫פונקצית‬ ‫ונקראת‬
.

31. ‫ניתן‬ ‫חומר‬ ‫כל‬ ‫של‬ ‫העבודה‬ ‫פונקצית‬ ‫את‬
‫ע‬ ‫למצוא‬
"
‫במעבדה‬ ‫ניסויים‬ ‫י‬
.
‫העבודה‬ ‫פונקצית‬ ‫את‬ ‫לסמן‬ ‫נהוג‬
‫באות‬
W
‫או‬
B
,
‫גם‬ ‫נקראת‬ ‫היא‬
‫האלקטרון‬ ‫של‬ ‫הקשר‬ ‫אנרגיית‬
‫למתכת‬
,
‫יינון‬ ‫אנרגיית‬ ‫פשוט‬ ‫או‬
.

32. ‫במתכת‬ ‫הנמצא‬ ‫אלקטרון‬ ‫בין‬ ‫אנלוגיה‬ ‫לעשות‬ ‫ניתן‬
‫בבור‬ ‫הנמצא‬ ‫גוף‬ ‫לבין‬
.
‫מהבור‬ ‫הגוף‬ ‫את‬ ‫להוציא‬ ‫כדי‬
,
‫אנרגיה‬ ‫לו‬ ‫לתת‬ ‫יש‬
‫גובה‬ ‫לאנרגית‬ ‫שתיהפך‬ ‫מנימלית‬ ‫קינטית‬
h
‫אלקטרונים‬
EK = -
‫הבועט‬ ‫אנרגיית‬ mgh
‫כאשר‬ ‫מהבור‬ ‫יוצא‬ ‫הכדור‬
:
mgh
=
‫המינימלית‬ ‫אנרגיה‬
‫מהבור‬ ‫לצאת‬ ‫כדי‬ ‫הדרושה‬
,
‫ל‬ ‫שווה‬ ‫והיא‬
"
‫פונקציית‬
‫העבודה‬
"
‫מתכת‬ ‫של‬
‫הבועט‬ ‫כמו‬ ‫הוא‬ ‫האור‬
,
‫בכל‬ ‫מתרכז‬
‫בכדור‬ ‫פעם‬
/
‫אחד‬ ‫אלקטרון‬
‫מתכת‬

33. ‫הסביר‬ ‫איינשטיין‬
,
‫מספיק‬ ‫עם‬ ‫מגיע‬ ‫האור‬ ‫שאם‬
‫אנרגיה‬
,
‫מהמתכת‬ ‫אלקטרון‬ ‫לשחרר‬ ‫מצליח‬ ‫הוא‬
.
‫אנרגיה‬ ‫האור‬ ‫מחלקיק‬ ‫מקבל‬ ‫האלקטרון‬
,
‫אשר‬
‫המושך‬ ‫החשמלי‬ ‫הכוח‬ ‫על‬ ‫להתגבר‬ ‫לו‬ ‫מספיקה‬
‫שבמתכת‬ ‫החיוביים‬ ‫ליונים‬ ‫האלקטרונים‬ ‫שבין‬
.

34. ‫אור‬ ‫חלקיק‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬
(
‫פוטון‬
)
‫ל‬ ‫שווה‬
Ep=hf
‫כאשר‬
h
‫פלאנק‬ ‫קבוע‬ ‫זהו‬
.
‫שיש‬ ‫מספרי‬ ‫ערך‬
‫במעבדה‬ ‫למצוא‬
.
‫של‬ ‫העבודה‬ ‫מפונקצית‬ ‫גדולה‬ ‫הפוטון‬ ‫אנרגית‬ ‫אם‬
‫המתכת‬
hf>B
,
‫בין‬ ‫אינטרקציה‬ ‫תהיה‬ ‫אז‬
‫לפוטון‬ ‫האלקטרון‬
.

35. ‫מהפוטון‬ ‫האנרגיה‬ ‫כל‬ ‫את‬ ‫לוקח‬ ‫האלקטרון‬
(
‫נעלם‬ ‫הפוטון‬
)
‫מהמתכת‬ ‫יוצא‬ ‫והאלקטרון‬
.
‫אנרגיה‬ ‫לו‬ ‫נשארת‬ ‫מהמתכת‬ ‫יוצא‬ ‫האלקטרון‬ ‫כאשר‬
‫קיבל‬ ‫שהוא‬ ‫האנרגיה‬ ‫בין‬ ‫להפרש‬ ‫השווה‬ ‫קינטית‬
‫היינון‬ ‫לאנרגיית‬ ‫מהפוטון‬
(
‫של‬ ‫העבודה‬ ‫פונקצית‬
‫המתכת‬
)
‫חופשי‬ ‫האלקטרון‬ ‫של‬ ‫קינטית‬ ‫אנרגיה‬
:
EK=hf-B

36. ‫מפונקצית‬ ‫קטנה‬ ‫פוטון‬ ‫כל‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬ ‫אם‬
‫המתכת‬ ‫של‬ ‫העבודה‬
(
(hf<B
‫תהיה‬ ‫לא‬ ‫אז‬
‫יצליח‬ ‫לא‬ ‫והאור‬ ‫לאלקטרון‬ ‫הפוטון‬ ‫בין‬ ‫אינטרקציה‬
‫מהמתכת‬ ‫אלקטרונים‬ ‫לשחרר‬
.

37. ‫מצליח‬ ‫לא‬ ‫אדום‬ ‫בצבע‬ ‫אור‬ ‫מדוע‬ ‫מסביר‬ ‫זה‬ ‫רעיון‬
‫אור‬ ‫ואילו‬ ‫מסוימת‬ ‫ממתכת‬ ‫אלקטרונים‬ ‫להוציא‬
‫מהמתכת‬ ‫אלקטרונים‬ ‫להוציא‬ ‫מצליח‬ ‫כן‬ ‫כחול‬
.
‫האור‬ ‫של‬ ‫מהתדירות‬ ‫גדולה‬ ‫תדירותו‬ ‫הכחול‬ ‫האור‬
‫יותר‬ ‫גדולה‬ ‫שלו‬ ‫האנרגיה‬ ‫לכן‬ ‫האדום‬
.
‫אלקטרון‬ ‫להוציא‬ ‫יצליח‬ ‫לא‬ ‫אדום‬ ‫פוטון‬
‫ממתכת‬
,
‫שלו‬ ‫העבודה‬ ‫שפונקצית‬
,
‫גדולה‬
‫האדום‬ ‫הפוטון‬ ‫של‬ ‫מהאנרגיה‬
.
‫משנה‬ ‫לא‬
‫האדום‬ ‫האור‬ ‫את‬ ‫המתכת‬ ‫על‬ ‫נאיר‬ ‫זמן‬ ‫כמה‬
.

38. ‫עוצמת‬ ‫שהגדלת‬ ‫הבין‬ ‫איינשטיין‬
‫מספר‬ ‫להגדלת‬ ‫גורמת‬ ‫אור‬
‫הפוטונים‬
(
‫חלקיקי‬ ‫יותר‬ ‫כלומר‬
‫אור‬
)
‫תהיה‬ ‫החלקיקים‬ ‫לכל‬ ‫אך‬
‫אנרגיה‬ ‫אותה‬
,
‫שלהם‬ ‫האנרגיה‬ ‫כי‬
‫בלבד‬ ‫בתדירות‬ ‫תלויה‬
.

39. ‫זו‬ ‫תיאוריה‬
,
‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫הגדלת‬ ‫מדוע‬ ‫מסבירה‬
,
‫העצירה‬ ‫מתח‬ ‫להגדלת‬ ‫גורמת‬ ‫לא‬
.
‫של‬ ‫האנרגיה‬ ‫את‬ ‫מגדילה‬ ‫לא‬ ‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫הגדלת‬ ‫כי‬
‫הפוטונים‬
,
‫שלהם‬ ‫הכמות‬ ‫את‬ ‫רק‬ ‫אלא‬
.

40. ‫זו‬ ‫תיאוריה‬
,
‫הרוויה‬ ‫זרם‬ ‫נוצר‬ ‫מדוע‬ ‫מסבירה‬ ‫גם‬
‫האצה‬ ‫מתח‬ ‫את‬ ‫מגדילים‬ ‫כאשר‬
.
E
I(Amp)
V(V)
‫האור‬ ‫לעוצמת‬ ‫אופיינית‬ ‫הפוטונים‬ ‫כמות‬ ‫כי‬
,
‫אור‬ ‫עוצמת‬ ‫עבור‬
‫נתונה‬
,
‫שנייה‬ ‫לכל‬ ‫אלקטרונים‬ ‫של‬ ‫קבועה‬ ‫כמות‬ ‫ישתחררו‬
,
‫לאחר‬
‫האצה‬ ‫מתח‬ ‫של‬ ‫מסוים‬ ‫ערך‬
,
‫לקולט‬ ‫מגיעים‬ ‫האלקטרונים‬ ‫כל‬
,
‫להגיע‬ ‫אלקטרונים‬ ‫לעוד‬ ‫יגרום‬ ‫לא‬ ‫המתח‬ ‫של‬ ‫נוספת‬ ‫והגדלה‬
.
Imax ‫קולט‬
‫מתכת‬
‫המטרה‬

41. ‫זו‬ ‫תיאוריה‬
,
‫גדל‬ ‫הרוויה‬ ‫זרם‬ ‫מדוע‬ ‫מסבירה‬ ‫גם‬
‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫את‬ ‫מגדילים‬ ‫כאשר‬
,
E
V(V)
I(Amp)
P2
P3
P1
P1< P2< P3
P
‫האור‬ ‫עוצמת‬
‫הפוטונים‬ ‫כמות‬ ‫את‬ ‫מגדילה‬ ‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫הגדלת‬ ‫כי‬
,
‫יגדל‬ ‫והזרם‬ ‫אלקטרונים‬ ‫יותר‬ ‫ישתחררו‬ ‫ולכן‬
.
‫קולט‬
‫מתכת‬
‫המטרה‬

42. ‫לב‬ ‫שימו‬
,
‫הגרף‬ ‫את‬ ‫לשרטט‬ ‫שניתן‬
,
‫השלילי‬ ‫בחלק‬
‫המתח‬ ‫של‬
,
‫העצירה‬ ‫מתח‬ ‫את‬ ‫מייצג‬ ‫הוא‬
.
V(V)
I(Amp)
P2
P3
P1
P1< P2< P3
P
‫האור‬ ‫עוצמת‬
‫עצירה‬ ‫מתח‬ ‫אותו‬ ‫יהיה‬ ‫האור‬ ‫עוצמות‬ ‫לכל‬
!
‫תלויה‬ ‫האנרגיה‬ ‫כי‬
‫האור‬ ‫בצבע‬
(
‫בתדירות‬
)
‫בעוצמה‬ ‫ולא‬
.
E
-V0

43. ‫אור‬ ‫עוצמת‬ ‫אותה‬ ‫בעלות‬ ‫שונות‬ ‫תדירויות‬ ‫עבור‬
,
‫הבא‬ ‫האופיין‬ ‫את‬ ‫נקבל‬
:
V(V)
I(Amp)
P2
P3
P1
P1= P2= P3
P
‫האור‬ ‫עוצמת‬
‫שונה‬ ‫עצירה‬ ‫מתח‬ ‫יהיה‬ ‫אור‬ ‫צבע‬ ‫לכל‬
E
-V02 -V01
-V03
V01< V02< V03

44. ‫בשנת‬
1914
‫מילקן‬ ‫הראה‬
,
‫האפקט‬ ‫בעזרת‬ ‫כי‬
‫פלאנק‬ ‫קבוע‬ ‫את‬ ‫לחשב‬ ‫ניתן‬ ‫הפוטואלקטרי‬
.
‫כמתואר‬ ‫פוטואלקטרי‬ ‫בתא‬ ‫השתמש‬ ‫הוא‬
.
EK=hf-B
‫איינשטיין‬ ‫של‬ ‫הנוסחה‬ ‫את‬ ‫הוכיח‬ ‫הוא‬ ‫ולמעשה‬

45. ‫בניסוי‬
,
‫גל‬ ‫באורכי‬ ‫פעם‬ ‫בכל‬ ‫המטרה‬ ‫מתכת‬ ‫את‬ ‫הקרינו‬
‫שונים‬
,
‫הקטן‬ ‫העצירה‬ ‫מתח‬ ‫מהו‬ ‫מצאו‬ ‫גל‬ ‫אורך‬ ‫ולכל‬
‫ביותר‬
,
‫להתאפס‬ ‫לזרם‬ ‫שיגרום‬
.
EKmax=V0e
‫אנרגיה‬ ‫משיקולי‬
,
‫של‬ ‫הקינטית‬ ‫האנרגיה‬ ‫כל‬
‫חשמלית‬ ‫לאנרגיה‬ ‫הופכת‬ ‫האלקטרון‬

46. ‫הבא‬ ‫הקשר‬ ‫את‬ ‫לכתוב‬ ‫נוכל‬ ‫לכן‬
:
EKmax=V0e
EK=hf-B
V0e=hf-B
‫גודל‬ ‫הוא‬ ‫העבודה‬ ‫פונקצית‬
‫למתכת‬ ‫האופייני‬ ‫קבוע‬
‫פלנק‬ ‫קבוע‬
.
‫קבוע‬ ‫גודל‬
‫האלקטרון‬ ‫מטען‬
‫קבוע‬ ‫גודל‬
‫העצירה‬ ‫מתח‬ ‫בין‬ ‫לינארי‬ ‫קשר‬ ‫יש‬
,
‫לבין‬
‫האור‬ ‫תדירות‬
.
‫פלנק‬ ‫קבוע‬ ‫את‬ ‫לחשב‬ ‫ניתן‬ ‫הקו‬ ‫שיפוע‬ ‫ומתוך‬

47. ‫בתדירות‬ ‫כתלות‬ ‫הקינטית‬ ‫האנרגיה‬ ‫את‬ ‫נשרטט‬ ‫אם‬
‫לינארי‬ ‫גרף‬ ‫נקבל‬
.
EKmax=hf-B
‫הוא‬ ‫העבודה‬ ‫פונקצית‬
‫האופייני‬ ‫קבוע‬ ‫גודל‬
‫למתכת‬
‫הקו‬ ‫של‬ ‫השיפוע‬
,
‫פלנק‬ ‫לקבוע‬ ‫שווה‬
‫שגורמת‬ ‫המנימלית‬ ‫התדירות‬
‫ממתכת‬ ‫אלקטרון‬ ‫להוצאת‬
‫המטרה‬
EKmax(J)
f(s-1)

48. ‫פלנק‬ ‫קבוע‬ ‫את‬ ‫לחשב‬ ‫ניתן‬ ‫הגרף‬ ‫מתוך‬
‫פלנק‬ ‫קבוע‬ ‫של‬ ‫הערך‬ ‫התקבל‬ ‫מניסויים‬
:
h=6.63·10-34Js
‫הקו‬ ‫של‬ ‫השיפוע‬
,
‫פלנק‬ ‫לקבוע‬ ‫שווה‬
EKmax(J)
f(s-1)
EKmax=hf-B

49. ‫היא‬ ‫בה‬ ‫משתמשים‬ ‫שאנו‬ ‫האנרגיה‬ ‫יחידת‬
‫ג‬
'
‫ואל‬
.
‫יומיים‬ ‫יום‬ ‫לגדלים‬ ‫מתאימה‬ ‫זו‬ ‫יחידה‬
,
‫אך‬
‫בודד‬ ‫אלקטרון‬ ‫של‬ ‫באנרגיה‬ ‫מדובר‬ ‫כאשר‬
,
‫מידי‬ ‫גדולה‬ ‫זו‬ ‫יחידה‬
.
‫אחרת‬ ‫אנרגיה‬ ‫ביחידת‬ ‫להשתמש‬ ‫ונהוג‬
‫הנקראת‬
‫וולט‬ ‫אלקטרון‬
.

50. 1eV= EK
1eV=v·e
1eV = 1 · 1.6 · 10-19
1eV = 1.6 · 10-19J
1
‫אלקטרון‬ ‫שרוכש‬ ‫הקינטית‬ ‫לאנרגיה‬ ‫שווה‬ ‫וולט‬ ‫אלקטרון‬
‫אחד‬ ‫וולט‬ ‫של‬ ‫פוטנציאלים‬ ‫הפרש‬ ‫דרך‬ ‫בהעברתו‬
.
E
0V 1V
‫דרך‬
+
+
+
+
F
EK=1eV = 1.6 · 10-19J

51. ‫שלנו‬ ‫המשוואה‬ ‫על‬ ‫שוב‬ ‫נסתכל‬
:
V0e(J)=hf(J)-B(J)
‫ג‬ ‫הן‬ ‫פלנק‬ ‫קבוע‬ ‫של‬ ‫היחידות‬
'
‫אול‬
‫שנייה‬ ‫כפול‬
‫האלקטרון‬ ‫במטען‬ ‫המשוואה‬ ‫את‬ ‫נחלק‬
:
V0 (ev)=hf(ev)-B(ev)
‫אלקטרון‬ ‫הן‬ ‫פלנק‬ ‫קבוע‬ ‫של‬ ‫היחידות‬
‫שנייה‬ ‫כפול‬ ‫וולט‬

52. ‫קיבל‬ ‫והוא‬ ‫שונות‬ ‫מתכות‬ ‫עבור‬ ‫הניסוי‬ ‫על‬ ‫חזר‬ ‫פלנק‬
‫שיפוע‬ ‫אותו‬ ‫את‬ ‫בדיוק‬
!
‫לא‬ ‫הגרף‬ ‫שיפוע‬ ‫כלומר‬
‫המתכות‬ ‫לכל‬ ‫שווה‬ ‫והוא‬ ‫במתכת‬ ‫תלוי‬
.
EK=hf-B
B1 < B2 <B3
-B3
-B2
-B1
f(S-1)
fmin1
EK(J)
fmin3
fmin2
‫קיימת‬
‫סף‬ ‫תדירות‬
f0
:
‫כדי‬
‫ונמדוד‬ ‫מהמתכת‬ ‫יפלט‬ ‫שאלקטרון‬
‫במעגל‬ ‫זרם‬
,
‫הפוגע‬ ‫האור‬ ‫תדירות‬
‫סף‬ ‫מתדירות‬ ‫גדולה‬ ‫להיות‬ ‫צריכה‬
‫מתכת‬ ‫לכל‬ ‫שאופיינית‬
-
‫כל‬ ‫ללא‬
‫הפוגע‬ ‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫של‬ ‫השפעה‬
.

53. •
‫האור‬ ‫אלומת‬ ‫פגיעת‬ ‫עם‬ ‫מיידית‬ ‫כמעט‬ ‫נעשית‬ ‫האלקטרונים‬ ‫פליטת‬
‫במתכת‬
.
•
‫גבוה‬ ‫בעוצמה‬ ‫אור‬ ‫קרן‬
,
‫מקרן‬ ‫אלקטרונים‬ ‫יותר‬ ‫לפליטת‬ ‫תגרום‬
‫תדירות‬ ‫באותה‬ ‫נמוכה‬ ‫בעוצמה‬
(
‫גם‬ ‫נקראים‬ ‫שנפלטים‬ ‫האלקטרונים‬
‫פוטואלקטרונים‬
,
‫אור‬ ‫בגלל‬ ‫נפלטו‬ ‫הם‬ ‫כי‬
.)
•
‫יש‬ ‫מתכת‬ ‫לכל‬
"
‫סף‬ ‫תדירות‬
"
‫משלה‬
.
‫זו‬ ‫לתדירות‬ ‫מתחת‬
,
‫פליטת‬ ‫אין‬
‫אלקטרונים‬
•
‫מסוימת‬ ‫מתכת‬ ‫עבור‬ ‫קבוע‬ ‫העצירה‬ ‫פוטנציאל‬
,
‫האור‬ ‫עוצמות‬ ‫לכל‬
‫תדירות‬ ‫אותה‬ ‫בעלי‬
,
‫הסף‬ ‫מתדירות‬ ‫הגבוהה‬
.
•
‫התדירות‬ ‫הגדלת‬ ‫עם‬ ‫גדל‬ ‫העצירה‬ ‫פוטנציאל‬
.
•
‫של‬ ‫המקסימלית‬ ‫הקינטית‬ ‫האנרגיה‬ ‫בין‬ ‫לינארי‬ ‫קשר‬ ‫קיים‬
‫והתדירות‬ ‫האלקטרונים‬
.
‫הפרופורציה‬ ‫מקדם‬
(
‫הקו‬ ‫שיפוע‬
)
‫תלוי‬ ‫לא‬
‫המתכות‬ ‫לכל‬ ‫שווה‬ ‫והוא‬ ‫במתכת‬
.
‫בניסוי‬ ‫נמדד‬ ‫ערכו‬
.
‫נקרא‬ ‫השיפוע‬
‫פלאנק‬ ‫קבוע‬
.
EK=hf-B

54. •
‫הפוגע‬ ‫כשהאור‬ ‫מהמתכת‬ ‫נפלטים‬ ‫לא‬ ‫אלקטרונים‬ ‫מדוע‬
‫נמוכה‬ ‫תדירות‬ ‫בעל‬
?
•
‫הקינטית‬ ‫האנרגיה‬ ‫על‬ ‫משפיעה‬ ‫לא‬ ‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫מדוע‬
‫אלקטרון‬ ‫של‬
?
‫ביחס‬ ‫נמצאת‬ ‫האור‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬ ‫הקלאסי‬ ‫המודל‬ ‫פי‬ ‫על‬
‫שצריכה‬ ‫היא‬ ‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫לכן‬ ‫שלו‬ ‫לאמפליטודה‬ ‫ישר‬
‫הוא‬ ‫כך‬ ‫ולא‬ ‫העצירה‬ ‫מתח‬ ‫על‬ ‫להשפיע‬
..
•
‫מיידית‬ ‫האלקטרונים‬ ‫פליטת‬
(
‫מ‬ ‫פחות‬
(10-9
sec
.
‫גל‬ ‫הוא‬ ‫האור‬ ‫אם‬
,
‫התגובה‬ ‫שזמן‬ ‫מראה‬ ‫קלאסי‬ ‫חישוב‬
‫שניות‬ ‫של‬ ‫גודל‬ ‫מסדר‬ ‫הוא‬
(
‫מגיעה‬ ‫האנרגיה‬ ‫שכל‬ ‫עד‬
‫לאלקטרון‬
.)

55. •
‫חלקיק‬ ‫כמו‬ ‫מתנהג‬ ‫האור‬
.
•
‫אור‬ ‫חלקיק‬ ‫כל‬
,
‫פוטון‬
,
‫לשחרר‬ ‫מנת‬ ‫על‬ ‫גדולה‬ ‫מספיק‬ ‫אנרגיה‬ ‫צריך‬
‫מהמתכת‬ ‫אלקטרון‬
,
‫של‬ ‫הקשר‬ ‫אנרגיית‬ ‫על‬ ‫להתגבר‬ ‫כלומר‬
‫למתכת‬ ‫האלקטרון‬
"
‫העבודה‬ ‫פונקצית‬
."
•
‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫הגדלת‬
,
‫האור‬ ‫חלקיקי‬ ‫מספר‬ ‫את‬ ‫מגדילה‬
,
‫אבל‬
,
‫היא‬
‫יחיד‬ ‫אור‬ ‫חלקיק‬ ‫אף‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬ ‫את‬ ‫משנה‬ ‫אינה‬
.
‫לכן‬
,
‫הרוויה‬ ‫זרם‬ ‫את‬ ‫העלתה‬ ‫האור‬ ‫עוצמת‬ ‫הגדלת‬
(
‫אלקטרונים‬ ‫יותר‬
‫במתכת‬ ‫פגעו‬ ‫פוטונים‬ ‫יותר‬ ‫כי‬ ‫נפלטו‬
)
,
‫מתח‬ ‫על‬ ‫השפיעה‬ ‫לא‬ ‫אבל‬
‫העצירה‬
(
‫אלקטרון‬ ‫של‬ ‫המקסימאלית‬ ‫הקינטית‬ ‫לאנרגיה‬ ‫מדד‬
‫בודד‬
.)

56. •
‫לתדירות‬ ‫ישר‬ ‫ביחס‬ ‫נמצאת‬ ‫פוטון‬ ‫כל‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬
‫שלו‬
.
‫נמוכות‬ ‫בתדירויות‬ ‫לכן‬
,
‫הסף‬ ‫לתדירות‬ ‫מתחת‬
,
‫פליטת‬ ‫ואין‬ ‫אנרגטיים‬ ‫מספיק‬ ‫לא‬ ‫הפוטונים‬
‫אלקטרונים‬
,
‫הפוגע‬ ‫האור‬ ‫לעוצמת‬ ‫קשר‬ ‫ללא‬
.
•
‫אחד‬ ‫אלקטרון‬ ‫משחרר‬ ‫אחד‬ ‫פוטון‬
.
‫מידי‬ ‫האלקטרון‬ ‫שחרור‬
,
‫עד‬ ‫זמן‬ ‫לעבור‬ ‫צריך‬ ‫לא‬
‫תיצבר‬ ‫האנרגיה‬ ‫שכל‬
.

57. ‫לשנת‬ ‫עד‬
,
1900
‫כל‬ ‫את‬ ‫מדויקת‬ ‫בצורה‬ ‫תאר‬ ‫הגלים‬ ‫מודל‬
‫שבירה‬ ‫כמו‬ ‫האור‬ ‫התנהגות‬ ‫את‬ ‫המאפיינות‬ ‫התופעות‬
,
‫החזרה‬
,
‫ועקיפה‬ ‫התאבכות‬
‫ע‬ ‫מאופיינים‬ ‫אור‬ ‫גלי‬
"
‫י‬
:
‫אמפליטודה‬
(A)
,
‫תדירות‬
(f)
‫גל‬ ‫אורך‬
(l)
,
‫בריק‬ ‫האור‬ ‫מהירות‬
(C)
C= l f ‫הגדלים‬ ‫בין‬ ‫הקשר‬
:
‫המשרעת‬ ‫לריבוע‬ ‫פרופורציונלית‬ ‫הייתה‬ ‫והאנרגיה‬
A2
‫חלקיקית‬ ‫תכונה‬ ‫יש‬ ‫שלאור‬ ‫הראה‬ ‫איינשטיין‬
.
l
hc
hf
Ephoton


‫ל‬ ‫שווה‬ ‫האור‬ ‫חלקיק‬ ‫של‬ ‫שהאנרגיה‬

59. ‫הפוטו‬ ‫האפקט‬
-
‫איינשטיין‬ ‫של‬ ‫ההסבר‬ ‫עם‬ ‫חשמלי‬
,
‫מצביע‬
‫אלקטרו‬ ‫לגל‬ ‫להתייחס‬ ‫יש‬ ‫מסוימים‬ ‫שבמצבים‬ ‫כך‬ ‫על‬
-
‫רציף‬ ‫כתהליך‬ ‫לא‬ ‫מגנטי‬
(
‫כפונקציה‬ ‫ומגנטי‬ ‫חשמלי‬ ‫שדה‬
‫מרחב‬ ‫של‬
-
‫זמן‬
)
‫ישויות‬ ‫של‬ ‫מאוסף‬ ‫מורכב‬ ‫כתהליך‬ ‫אלא‬
‫בדידות‬
(
‫קוואנטות‬
)
‫האור‬ ‫במהירות‬ ‫נעה‬ ‫אחת‬ ‫שכל‬
‫מהתדר‬ ‫הנגזרת‬ ‫אנרגיה‬ ‫ונושאת‬
.
‫פוטון‬ ‫השם‬ ‫את‬ ‫נושאת‬ ‫זו‬ ‫בדידה‬ ‫ישות‬
.
‫למעשה‬
,
‫האלקטרו‬ ‫לגל‬ ‫להתייחס‬ ‫יש‬
-
‫בשניות‬ ‫מגנטי‬
(
Duality
)
‫לבעיה‬ ‫המתאים‬ ‫בהיבט‬ ‫ולהשתמש‬
.
‫נדגיש‬
,
‫הגלי‬ ‫ההיבט‬ ‫את‬ ‫מבטל‬ ‫איננו‬ ‫הפוטוני‬ ‫ההיבט‬
(
‫ולהפך‬
)
,
‫זמנית‬ ‫בו‬ ‫מתקיימות‬ ‫ההתייחסות‬ ‫צורות‬ ‫שתי‬
.

60. ‫חלקיקים‬ ‫כאוסף‬ ‫האור‬ ‫את‬ ‫מתארת‬ ‫הקוונטים‬ ‫תורת‬
‫האור‬ ‫במהירות‬ ‫שנעים‬ ‫מסה‬ ‫חסרי‬
.
‫אנרגיית‬ ‫כלומר‬
‫בדידות‬ ‫אנרגיה‬ ‫של‬ ‫למנות‬ ‫מקוונטטת‬ ‫האור‬
,
‫מנת‬
‫אחד‬ ‫פוטון‬ ‫של‬ ‫האנרגיה‬ ‫היא‬ ‫אנרגיה‬
.
l
hc
hf
Ephoton 

s
m
c
h J
/
10
3
10
6
.
6
8
sec
34



 

‫בעל‬ ‫פוטון‬ ‫הוא‬ ‫אנרגטי‬ ‫פוטון‬
‫קצר‬ ‫גל‬ ‫ואורך‬ ‫גדולה‬ ‫תדירות‬
.