ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์โพโตอิ
เล็กทริก

คำนำ
หนังสืออินเล็กทรอนิกส์เล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชา
ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6 โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้
ความรู้เกี่ยวกับเรื่องโฟโตอิเล็กทริกแก่ผู้อ่าน

ผู้จัดทำได้หวังเป็นอย่างยิ่งว่าหนังสืออิเล็กทรอนิกส์
เล่มนี้จะเป็นประโยนช์ต่อผู้อ่าน หากมีผิดพลาดประการ
ใด ผู้จัดทำข้ออภัย ณ ที่นี้ด้วย

นาย นรงศักดิ์ อินปัน
ผู้จัดทำ

สารบัญ

เรื่อง หน้า

ประวัติความเป็นมา 1

สรุปปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก 2

ตัวอย่าง 3

เฉลยตัวอย่าง 4

แบบฝึกหัด 5

เฉลยแบบฝึกหัด 6

ประวัติความเป็นมา

เพิ่มประวัติ และความเป็นมา
ในปี 1887 เฮิรตซ์ พบว่าเมื่อฉายแสงอัลตราไวโอเล็ตไปยังขั้งไฟฟ้ าซึ่งอยู่ในวงจร จะมี
ประจุไฟฟ้ าหลุดออกมา ต่อมาฮอลล์วอชส์ พบว่าเมื่อมีแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า
ความถี่สูงตกกระทบผิวโลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะนั้น ปรากฎการณ์
เช่นนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก และเรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิว
โลหะที่ถูกแสงว่า โฟโตอิเล็กตรอน

โดยปกติอิเล็กตรอนนำไฟฟ้ าในโลหะนั้นอยู่ในแถบนำไฟฟ้ าอิเล็กตรอนเหล่านี้
สามารถเคลื่อนที่ในแถบนำไฟฟ้ าได้อย่างอิสระ โดยอิเล็กตรอนจะไม่หลุดออกจากโลหะ
ที่อุณหภูมิห้อง ทั้งนี้เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวกกับอิเล็กตรอน
ภายในโลหะ ดังนั้นจึงเปรียบเสมือนกับว่าอิเล็กตรอนอยู่ภายในโลหะโดยมีกำแพงศักย์
กั้นอยู่ที่ผิวโลหะ ระดับพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอนคือระดับเฟอร์มี
รูปที่ 1 แสดงกำแพงศักย์กั้นอิเล็กตรอนภายในโลหะ

พลังงานที่น้ อยที่สุดที่สามารถทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะ W0 ขึ้นกับชนิด
ของโลหะอิเล็กตรอนที่อยู่ต่ำกว่าระดับเฟอร์มีจะต้องการพลังงานมากกว่า W0 จึงจะ
หลุดจากผิวโลหะ
ในปี 1905 ไอสไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้แนวความคิดของพลัง
ค์ คือ คลื่นแมาเหล็กไปฟ้ าความถี่ f ที่ตกกระทบผิวโลหะจะมีลักษณะคล้ายอนุภาค
ประกอบด้วยพลังงานเล็กๆ E เรียกว่า ควอนตัมของพลังงานหรือ โฟตอน โดย E = hf
ถ้าพลังงานนี้มีค่ามากกว่าเวิร์กฟังก์ชัน อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากโลหะด้วย
พลังงานจลน์มากสุด Ek(max)
Ek(max) = hf – W0ในส่วนเนื้อหาเล็กน้ อย

เพิ่มสรุปปรากฏกาณ์ โฟโตอิเล็กทริก
1. อัตราการปล่อยอิเล็กตรอน (หรือ ip)เป็ นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มแสง I เมื่อความถี่ f
ของแสงและความต่างศักย์มีค่าคงตัว ดังรุปที่ 2 ถ้าเปลี่ยนความถี่หรือชนิดของโลหะจะได้กราฟ

ระหว่าง ip กับ I เป็ นเส้นตรงเหมือนเดิมแต่มีความชันเปลี่ยนไป



2. ถ้าความเข้มคงที่และเปลี่ยนความถี่ของแสง จะได้กราฟ ดังรูปที่ 3 ซึ่งมีความถี่จำกัดค่าหนึ่งที่
เริ่มเกิดโฟโตอิเล็กตรอนเรียกว่า ความถี่ขีดเริ่ม f0 ความถี่ขีดเริ่มของสารแต่ละชนิดจะไม่
เหมือนกัน

เมื่อแสงปล่อยพลังงาน hf0 ออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งถ้าเท่ากับ W0 จะได้ Ek(max) = 0 จึง
ไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ



3. ถ้าความถี่และความเข้มแสงคงตัว แต่เปลี่ยนค่าความต่างศักย์ V ระหว่างขั้วไฟฟ้ าจะได้ความ
สัมพันธ์ของ ip กับ V ดังรูปที่ 4 ที่ความต่างศักย์มีค่ามาก อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจะคงเดิมจึง
เกิดกระแสอิ่มตัว เมื่อเพิ่มศักย์ไฟฟ้ าเข้าไปก็ไมาสามารถเพิ่มกระแสได้ และถ้าลดความต่างศักย์

กระแสจะลดลงด้วย จนกระทั่งความต่างศักย์เป็ นลบที่ค่าหนึ่งจะไม่มีกระแส เรียกศักย์นี้ว่า
ศักย์หยุดยั้ง vs ไม่มีอิเล็กตรอนตัวไหนมีพลังงานจลน์เพียงพอที่จะไปยังขั้วไฟฟ้ าได้ ดังนั้น

Ek(max) = eV s



4. ถ้าความถี่ต่ำกว่าความถี่ขีดเริ่ม f0 จะไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกมา แสดงว่าโฟตอนที่ตกกระ
ทบโลหะมีพลังงานน้อยกว่าเวิร์กฟั งก์ชันของสารนั้น แต่ถ้าความถี่เพิ่มขึ้นพลังงานจลน์สูงสุดของ

อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นส่วนเนื้อหาเล็กน้ อย

ตัวอย่าง

1. )ถ้าผลการทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก เขียน
กราฟระหว่างศักย์หยุดยั้งกับความถี่ของแสง ดังรูป ค่านิจของแพลงค์คำนวณจาก
กราฟส้นนี้จะมีค่าเท่าไร

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

เ2. )ในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก ถ้าให้แสงที่มีความถี่ 8 x 1014 เฮิร์ตซ์
ตกกระทบโลหะชนิดหนึ่ งปรากฏ

ว่าต้องใช้ความต่างศักย์ในการหยุดยั้งโฟโตอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเท่ากับ 1.3
โวลต์ พลังงานยึดเหนี่ยวของโลหะที่ใช้ในการทดลองนี้มีค่าเท่าใด
ก.0 eV
ข.2.0 eV
ค.2.5 eV
ง.4.3 eV

เฉลยตัวอย่าง

1.) ตอบข้อ ก.

2.) ตอบข้อ ข.

แบบฝึกหัด

เแบบฝึ กหัด
1.)การนําไปใชใ นการทดลองปรากฎการณโฟโตอิเล็กทริก กราฟระหวา ง
ความตา งศักยหยุดยั้งกับความถี่แสงที่ฉายบนโลหะ มีลักษณะดังรูป















เมื่อโฟตอนพลังงาน 3.2 × 10-19 จูล ตกกระทบบนแผนโลหะ ขอใดถูกตอง
ก.มมีอิเล็กตรอนหลุดออกมา

ข.โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงาน 0.5 อิเล็กตรอนโวลต
ค.โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงาน 4.5 อิเล็กตรอนโวลต
ง.โลหะมีพลังงานยึดอิเล็กตรอน 0.5 อิเล็กตรอนโวลต

เพ2. )จากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก เมื่อให้แสงที่มีพลังงาน 2.0 c อิเล็กตรอนโวลต์
ตกกระทบโลหะชนิดหนึ่ง ปรากฏว่าต้องใช้ความต่างศักย์ระหว่างคาโธดกับอาโนดใน

การหยุดยั้งโฟโตอิเล็กตรอนเท่ากับ 0.65 โวลต์ ถ้าให้แสงซึ่งมีพลังงาน 4.00
อิเล็กตรอนโวลต์ตกกระทบโลหะชนิดเดียวกัน จะต้องใช้ความต่างศักย์หยุดยั้งกี่โวลต์

ก.1.30
ข.1.35
ค.2.65
ง.5.35

เฉลยแบบฝึกหัด

1.) ตอบข้อ ก.

2.) ตอบข้อ ค.

จัดทำโดย
นาย นรงศักดิ์ อินปัน

ม.6/2 เลขที่8
อาจารย์ ไพโรจน์