ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์โฟ
โตอิเล็กทริก

คำนำ

หนังสืออินเล็กทรอนิกส์เล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชาฟิสิกส์
ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6 โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ความรู้เกี่ยวกับเรื่อง
โฟโตอิเล็กทริกแก่ผู้อ่าน

ผู้จัดทำได้หวังเป็นอย่างยิ่งว่าหนังสืออิเล็กทรอนิกส์เล่มนี้จะเป็น
ประโยนช์ต่อผู้อ่าน หากมีผิดพลาดประการใด ผู้จัดทำข้ออภัย
ณ ที่นี้ด้วย

นางสาวนริศรา ป้องคูหลวง
ผู้จัดทำ

สารบัญ หน้า

เรื่อง 1


ประวัติ และความเป็นมา 2
สรุปปรากฏกาณ์โฟโตอิเล็กทริก 3
ตัวอย่าง 4
เฉลย
ตัวอย่าง 5
แบบฝึกหัด 6
เฉลยแบบฝึกหัด

ประวัติ และความเป็นมา 1

ในปี 1887 เฮิรตซ์ พบว่าเมื่อฉายแสงอัลตราไวโอเล็ตไปยังขั้งไฟฟ้าซึ่งอยู่ในวงจร จะมีประจุไฟฟ้าหลุด
ออกมา ต่อมาฮอลล์วอชส์ พบว่าเมื่อมีแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงตกกระทบผิวโลหะ จะมี
อิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะนั้น ปรากฎการณ์เช่นนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก และ
เรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิวโลหะที่ถูกแสงว่า โฟโตอิเล็กตรอน

โดยปกติอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าในโลหะนั้นอยู่ในแถบนำไฟฟ้าอิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ใน
แถบนำไฟฟ้าได้อย่างอิสระ โดยอิเล็กตรอนจะไม่หลุดออกจากโลหะที่อุณหภูมิห้อง ทั้งนี้เนื่องจาก
แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวกกับอิเล็กตรอนภายในโลหะ ดังนั้นจึงเปรียบเสมือนกับว่า
อิเล็กตรอนอยู่ภายในโลหะโดยมีกำแพงศักย์ กั้นอยู่ที่ผิวโลหะ ระดับพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอน
คือระดับเฟอร์มี
รูปที่ 1 แสดงกำแพงศักย์กั้นอิเล็กตรอนภายในโลหะ

พลังงานที่น้อยที่สุดที่สามารถทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะ W0 ขึ้นกับชนิดของโลหะ
อิเล็กตรอนที่อยู่ต่ำกว่าระดับเฟอร์มีจะต้องการพลังงานมากกว่า W0 จึงจะหลุดจากผิวโลหะ
ในปี 1905 ไอสไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้แนวความคิดของพลังค์ คือ คลื่นแมา
เหล็กไปฟ้าความถี่ f ที่ตกกระทบผิวโลหะจะมีลักษณะคล้ายอนุภาคประกอบด้วยพลังงานเล็กๆ E
เรียกว่า ควอนตัมของพลังงานหรือ โฟตอน โดย E = hf ถ้าพลังงานนี้มีค่ามากกว่าเวิร์กฟังก์ชัน
อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากโลหะด้วยพลังงานจลน์มากสุด Ek(max)
Ek(max) = hf – W0

สรุปปรากฏกาณ์โฟโตอิเล็กทริก 2

1. อัตราการปล่อยอิเล็กตรอน (หรือ ip)เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มแสง I เมื่อความถี่ f ของ
แสงและความต่างศักย์มีค่าคงตัว ดังรุปที่ 2 ถ้าเปลี่ยนความถี่หรือชนิดของโลหะจะได้กราฟ
ระหว่าง ip กับ I เป็นเส้นตรงเหมือนเดิมแต่มีความชันเปลี่ยนไป

2. ถ้าความเข้มคงที่และเปลี่ยนความถี่ของแสง จะได้กราฟ ดังรูปที่ 3 ซึ่งมีความถี่จำกัดค่าหนึ่งที่เริ่ม
เกิดโฟโตอิเล็กตรอนเรียกว่า ความถี่ขีดเริ่ม f0 ความถี่ขีดเริ่มของสารแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกัน
เมื่อแสงปล่อยพลังงาน hf0 ออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งถ้าเท่ากับ W0 จะได้ Ek(max) = 0 จึงไม่มี
อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ

3. ถ้าความถี่และความเข้มแสงคงตัว แต่เปลี่ยนค่าความต่างศักย์ V ระหว่างขั้วไฟฟ้าจะได้ความ
สัมพันธ์ของ ip กับ V ดังรูปที่ 4 ที่ความต่างศักย์มีค่ามาก อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจะคงเดิมจึง
เกิดกระแสอิ่มตัว เมื่อเพิ่มศักย์ไฟฟ้าเข้าไปก็ไมาสามารถเพิ่มกระแสได้ และถ้าลดความต่างศักย์
กระแสจะลดลงด้วย จนกระทั่งความต่างศักย์เป็นลบที่ค่าหนึ่งจะไม่มีกระแส เรียกศักย์นี้ว่า
ศักย์หยุดยั้ง vs ไม่มีอิเล็กตรอนตัวไหนมีพลังงานจลน์เพียงพอที่จะไปยังขั้วไฟฟ้าได้ ดังนั้น
Ek(max) = eV s

4. ถ้าความถี่ต่ำกว่าความถี่ขีดเริ่ม f0 จะไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกมา แสดงว่าโฟตอนที่ตกกระทบ
โลหะมีพลังงานน้อยกว่าเวิร์กฟังก์ชันของสารนั้น แต่ถ้าความถี่เพิ่มขึ้นพลังงานจลน์สูงสุดของ
อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น

ตัวอย่าง 3

1. )ถ้าผลการทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก เขียนกราฟระหว่างศักย์หยุดยั้งกับความถี่
ของแสง ดังรูป ค่านิจของแพลงค์คำนวณจากกราฟส้นนี้จะมีค่าเท่าไร

ก. 5.3 x 10-34
ข. 5.7 x 10-34
ค. 6.0 x 10-34
ง. 6.4 x 10-34



2. )ในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก ถ้าให้แสงที่มีความถี่ 8 x 1014 เฮิร์ตซ์ ตกกระทบโลหะชนิดหนึ่งปรากฏ
ว่าต้องใช้ความต่างศักย์ในการหยุดยั้งโฟโตอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเท่ากับ 1.3 โวลต์ พลังงานยึดเหนี่ยว
ของโลหะที่ใช้ในการทดลองนี้มีค่าเท่าใด
ก. 0 eV
ข. 2.0 eV
ค. 2.5 eV
ง. 4.3 eV

เฉลยตัวอย่าง 4

1.) ตอบข้อ ก.

2.) ตอบข้อ ข.

แบบฝึกหัด 5

1.)การนําไปใชใ นการทดลองปรากฎการณโฟโตอิเล็กทริก กราฟระหวา งความตา งศักยห ยุดยั้งกับความถี่
แสงที่ฉายบนโลหะ มีลักษณะดังรูป

เมื่อโฟตอนพลังงาน 3.2 × 10-19 จูล ตกกระทบบนแผน โลหะ ขอ ใดถูกตอ ง
ก.ไมม ีอิเล็กตรอนหลุดออกมา
ข.โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงาน 0.5 อิเล็กตรอนโวลต
ค.โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงาน 4.5 อิเล็กตรอนโวลต
ง.โลหะมีพลังงานยึดอิเล็กตรอน 0.5 อิเล็กตรอนโวลต



2. )จากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก เมื่อให้แสงที่มีพลังงาน 2.0 c อิเล็กตรอนโวลต์ตกกระทบโลหะชนิด
หนึ่ง ปรากฏว่าต้องใช้ความต่างศักย์ระหว่างคาโธดกับอาโนดในการหยุดยั้งโฟโตอิเล็กตรอนเท่ากับ
0.65 โวลต์ ถ้าให้แสงซึ่งมีพลังงาน 4.00 อิเล็กตรอนโวลต์ตกกระทบโลหะชนิดเดียวกัน จะต้องใช้ความ
ต่างศักย์หยุดยั้งกี่โวลต์
ก. 1.30
ข. 1.35
ค. 2.65
ง. 5.35

เฉลยแบบฝึกหัด 6

1.) ตอบข้อ ก.

2.) ตอบข้อ ค.

จัดทำโดย
นางสาวนริศรา ป้องคูหลวง

ม.6/1 เลขที่32
เสนอ

อาจารย์ ไพโรจน์ ขุมขำ