WEBVTT Kind: captions; Language: fi 1 00:00:00.000 --> 00:00:05.040 Tässä vielä olennaisimmat asiat valosähköisestä ilmiöstä 2 00:00:05.040 --> 00:00:10.000 ja sen liittymisestä valon kvantittuneeseen luonteeseen. 3 00:00:10.000 --> 00:00:15.520 Metallielektrodiin kohdistuu siis valoa, jonka intensiteettiä 4 00:00:15.520 --> 00:00:19.960 ja väriä eli aallonpituutta voimme täältä säätää. 5 00:00:19.960 --> 00:00:25.030 Tällä hetkellä intensiteetti on matala ja valo on punaista eli aallonpituus 6 00:00:25.030 --> 00:00:30.250 on suhteellisen pitkä ja fotonin energia pieni. 7 00:00:30.250 --> 00:00:36.000 Elektrodi on tässä tapauksessa tehty natrium-metallista. 8 00:00:36.000 --> 00:00:41.040 Keskitytään toistaiseksi vain ja yksinomaan siihen mitä 9 00:00:41.040 --> 00:00:46.140 täällä vasemmanpuolimmaisella elektrodilla tapahtuu, eli unohdetaan 10 00:00:46.140 --> 00:00:51.000 kaikki elektrodin ulkopuoliset tapahtumat. 11 00:00:51.000 --> 00:00:55.500 Kasvatetaan ensi alkuun intensiteetti 12 00:00:55.500 --> 00:00:59.910 täysille eli tehdään valosta kirkkaampi. 13 00:00:59.910 --> 00:01:04.000 Mitään ei näköjään tapahdu. 14 00:01:04.000 --> 00:01:09.580 Tämä hiljaiselo johtuu siitä että vaikka valo on kirkas eli fotoneita 15 00:01:09.580 --> 00:01:14.740 osuu metallin pintaan paljon, jokaisen fotonin energia on 16 00:01:14.740 --> 00:01:20.290 pienempi kun metallin niin kutsuttu työfunktio, minkä vuoksi yksikään yksittäinen 17 00:01:20.290 --> 00:01:25.750 fotoni ei voi irrottaa elektroneja metallin pinnasta. 18 00:01:25.750 --> 00:01:31.000 Tilannetta ehkä auttaa selittämään energiadiagrammi. 19 00:01:31.000 --> 00:01:35.470 Elektronit ovat alkujaan sidottu metallin eli näille 20 00:01:35.470 --> 00:01:39.500 natriumin energiatiloille. 21 00:01:39.500 --> 00:01:45.140 Ja fotonin energia on liian pieni nostamaan eli virittämään yhtäkään 22 00:01:45.140 --> 00:01:50.780 elektronia natriumin tiloilta jollekin vakuumin energiatiloista, 23 00:01:50.780 --> 00:01:56.500 jotka ovat työfunktion verran näiden natriumin tilojen yläpuolella. 24 00:01:56.500 --> 00:02:01.240 Sillä ei ole siten merkitystä kuinka paljon fotoneita 25 00:02:01.240 --> 00:02:05.440 vilisee eli kuinka kirkas tämä valo on. Yksikään 26 00:02:05.440 --> 00:02:09.500 elektroni ei pinnasta voi irrota. 27 00:02:09.500 --> 00:02:14.780 Sitten hiljalleen tehdään valosta sinisempää eli pienennetään 28 00:02:14.780 --> 00:02:20.000 valon aallonpituutta kasvatetaan fotonien energiaa. 29 00:02:20.000 --> 00:02:24.440 Aluksi ei tapahdu mitään kunnes aallonpituus 30 00:02:24.440 --> 00:02:29.150 menee tietyn rajan alapuolelle ja tämä valo alkaa 31 00:02:29.150 --> 00:02:33.500 irrottaa metallin pinnasta elektroneita. 32 00:02:33.500 --> 00:02:38.600 Tämä aallonpituus vastaa tilannetta, jossa fotonin energia on yhtä suuri 33 00:02:38.600 --> 00:02:43.190 kuin metallin työfunktio. Tällöin jokaisella fotonilla on 34 00:02:43.190 --> 00:02:47.900 mahdollisuus irrottaa elektroni metallin pinnasta. Tosin elektronit 35 00:02:47.900 --> 00:02:52.820 matkaavat toiselle elektrodille melko pienellä nopeudella. 36 00:02:52.820 --> 00:02:57.260 Pieni nopeus tarkoittaa sitä, että olennaisesti kaikki fotonin energia menee 37 00:02:57.260 --> 00:03:01.820 elektronin irroitustyöhön metallista ja elektronille ei 38 00:03:01.820 --> 00:03:06.680 jää ikäänkuin ylimäärästä kineettistä energia. Eli viritetään 39 00:03:06.680 --> 00:03:11.500 vakuumin aivan näitä alimpia energiatiloja. 40 00:03:11.500 --> 00:03:17.110 Mutta sitten kun aallonpituutta pienennetään eli fotonin energiaa kasvatetaan 41 00:03:17.110 --> 00:03:21.670 edelleen, niin vieläkin jokaisella fotonilla on mahdollisuus 42 00:03:21.670 --> 00:03:26.590 irrottaa elektroni metallin pinnalta, ja näin tapahtuukin, mutta 43 00:03:26.590 --> 00:03:31.570 sen lisäksi elektronille jää myös ylimääräistä kineettistä energiaa, 44 00:03:31.570 --> 00:03:36.610 jonka suuruus on fotonin energian ja työfunktion erotus: 45 00:03:36.610 --> 00:03:41.750 elektronit lähtevät metallin pinnasta suuremmilla nopeuksilla. 46 00:03:41.750 --> 00:03:47.360 Energiatasokaavion kannalta tilanne näyttää siis tältä: fotonit pääsivät 47 00:03:47.360 --> 00:03:52.160 virittämän elektroneita myös näiltä alemmilta natriumin tiloilta 48 00:03:52.160 --> 00:03:57.410 ja etenkin myös näille ylemmille vakuumin energiatiloille, 49 00:03:57.410 --> 00:04:02.000 joilla on suurempi kineettinen energia. 50 00:04:02.000 --> 00:04:07.280 Jos sitten tässä tilanteessa valon intensiteettiä pienennetään 51 00:04:07.280 --> 00:04:12.020 niin edelleen jokaisella yksittäisellä fotonilla 52 00:04:12.020 --> 00:04:17.180 on mahdollisuus irrota elektronimetalli pinnalta. Fotoneita pintaan vain osuu 53 00:04:17.180 --> 00:04:22.250 vähemmän joten myös elektroneita irtoaa vähemmän. 54 00:04:22.250 --> 00:04:27.470 Ja kun vaihdamme elektrodin metallia, niin 55 00:04:27.470 --> 00:04:31.430 fysiikka säilyy samana; vain numerot muuttuvat. 56 00:04:31.430 --> 00:04:36.770 Esimerkiksi kuparin työfunktio on paljon natriumin työfunktiota 57 00:04:36.770 --> 00:04:40.640 suurempi. Kuparin energiatilat ovat 58 00:04:40.640 --> 00:04:45.500 energiassa siis vakuumin suhteen alempana. 59 00:04:45.500 --> 00:04:50.630 Tällöin fotonin energiaa täytyy nostaa eli joudumme menemään 60 00:04:50.630 --> 00:04:55.850 pitkälle korkeaenergisen ultraviolettivaloon ennen kuin elektronit 61 00:04:55.850 --> 00:05:00.500 lähtevät liikkeelle tästä metallista. 62 00:05:00.500 --> 00:05:06.250 Mutta siinäpä se, valosähköisen ilmiön olennainen fysiikka. 63 00:05:06.250 --> 00:05:13.750 Mutta mikä merkitys tällä virtapiirillä jännitelähteineen ja virtamittareineen sitten on? 64 00:05:13.750 --> 00:05:18.850 No kvanttifysiikan ja sen ilmiön kannalta eipä juuri mitään, 65 00:05:18.850 --> 00:05:23.500 Mutta mittaustekniikan kannalta kylläkin. Tässä 66 00:05:23.500 --> 00:05:27.580 animaatiossahan näemme nimittäin elektronit suoraan 67 00:05:27.580 --> 00:05:32.250 mutta laboratoriossa näin ei toki ole. 68 00:05:32.250 --> 00:05:37.590 Laboratoriossa lukisimme ainoastaan virtamittarin lukemaa ja tekisimme päätelmiä 69 00:05:37.590 --> 00:05:43.080 elektronien liikkeistä sen perusteella. Esimerkiksi kun laitamme elektrodien 70 00:05:43.080 --> 00:05:48.300 väliin negatiivisen jännitteen niin sähkökenttä pyrki hidastamaan 71 00:05:48.300 --> 00:05:53.700 elektronien kulkua. Tällöin vasemmalta oikealle elektrodille pääsevät 72 00:05:53.700 --> 00:05:58.680 kulkemaan ainoastaan elektronit, joiden kineettinen energia tästä 73 00:05:58.680 --> 00:06:04.170 metallin pinnalta irrottautumisen jälkeen on elektrodien välisen sähköstaattisen energian 74 00:06:04.170 --> 00:06:09.250 suuruinen eli jännite kertaa elektronin varaus. 75 00:06:09.250 --> 00:06:14.470 Tällä tavoin tällä koejärjestelyllä ja muuttelemalla valon aallonpituutta 76 00:06:14.470 --> 00:06:19.210 ja jännitettä ja tutkimalla virtamittarin lukemaa, voimme päätellä 77 00:06:19.210 --> 00:06:23.530 metallin työfunktion arvon. Emme nyt tässä 78 00:06:23.530 --> 00:06:28.250 kuitenkaan mene tähän mittaustekniseen tarkasteluun sen pidemmälle. 79 00:06:28.250 --> 00:06:32.900 Joka tapauksessa valosähköisen ilmiön keskeinen viesti on se, 80 00:06:32.900 --> 00:06:38.060 että ilman valon hiukkasluonnetta, energian kvantittuneisuutta 81 00:06:38.060 --> 00:06:42.250 tätä ilmiötä ei voi selittää.