Inloggen

Fotoelektrisch effect

Wanneer fotonen op een metaal vallen kunnen hier elektronen vrijgemaakt worden. Dit heet het foto-elektrisch effect. In deze videoles wordt uitgelegd hoe dit gemeten kan worden en hoe na het meten van remspanning de energie van de fotonen bepaald kan worden. Hieruit kunnen, met behulp van de constante van Planck, vervolgens golflengte, frequentie en dus de kleur van het uitgezonden licht worden bepaald.



Voor het afspelen van de videoles 'Fotoelektrisch effect' moet je ingelogd zijn
Nieuwsgierig? Kijk een demoles:
Voorvoegsels / Harmonische trilling / ElektronVolt

Voorkennis

Foton, energie, elektron, spanning, elektrische lading

Formules

 
Remspanning
(foto-elektrisch effect)
|q·Urem|= Efoton - Euittree q = 1,602176565·10-19 C
Urem = remspanning (V)
Efoton = fotonenergie (J)
Euittree = uittree-energie (J)

BINAS

Belangrijke tabel(len) in Binas: 24

Moet ik dit kennen?

De stof in videoles "Fotoelektrisch effect" hoort bij:

HAVO:       geen examenstof
VWO: : Centraal examen (CE)

(In het oude examenprogramma: HAVO:geen examenstof VWO:CE)

Test jezelf - "Fotoelektrisch effect"

Maak onderstaande meerkeuzevragen, klik op 'nakijken' en je weet meteen de uitslag. Als je één of meer vragen fout hebt moet je de videoles nog maar eens bekijken.
Vraag 1
Vraag 2
Vraag 3
Licht van 500 nm valt op een foto-elektrische cel van cesium (Cs) waardoor er elektronen worden vrijgemaakt en er een stroom gaan lopen. Hoe groter de intensiteit van de straling hoe groter de …

De uittree-energie van een metaal is 4,40 eV. Wat is maximale golflengte die nog in staat is een elektron vrij te maken uit dit metaal?

Hoe groot is de benodigde remspanning om de fotostroom nul te maken als er licht met λ=480 nm op een fotocel van het metaal uit de vorige vraag wordt geschenen?

stroom
remspanning
grensgolflengte
272 nm
282 nm
307 nm
1,82 V
2,58 V
0 V


Extra oefenmateriaal?

Oefenopgaven over het onderdeel elektromagnetisch straling & atomen vind je in:
FotonQuantumAtoomfysicaVWO.pdf

Examenopgaven

Recente examenopgaven waarin "Fotoelektrisch effect" een rol speelt (havo/vwo):
Elektronen uit metaal 'stoken' (v), Opbrengst van het foto-elektrisch effect (v),

Vraag over "Fotoelektrisch effect"?


    Hou mijn naam verborgen

Eerder gestelde vragen | Fotoelektrisch effect

Op dinsdag 9 okt 2018 om 17:31 is de volgende vraag gesteld
Beste Erik,

Betekend het dus dat er bij een hogere spanning er meer elektronen stromen door het draad en niet dat er meer energie is per elektron? Of heb ik het nu verkeerd?

Erik van Munster reageerde op dinsdag 9 okt 2018 om 19:09
Hogere spanning betekent inderdaad dat meer elektronen de overkant van de fotoelektrische cel bereiken en dat er dus meer elektronen door de draad stromen waarmee de foto-elektrische cel is aangesloten.

Maar de reden waarom dit zo is is wat ingewikkelder. Hoeveel elektronen er per seconde vrijkomen wordt namelijk bepaald door het licht wat er op valt en niet door de spanning.

De spanning zorgt er voor dat de elektronen díe vrij komen ook de overkant bereiken en dus bijdragen aan de "stroom". Maar hier zit wel een maximum aan. Als de spanning zo hoog is dat alle elektronen die vrijkomen de overkant halen is de stroom maximaal omdat alle vrijgemaakte elektronen dan "meedoen" aan de stroom. Hogere spanning heeft dan geen zin meer.


Op donderdag 4 jan 2018 om 17:42 is de volgende vraag gesteld
Beste Erik,

Ik begrijp dat de fotonenergie hoger moet zijn, om een elektron weg te schieten, maar wat nou als de fotonenergie gelijk is aan het uittree-energie? vindt er dan wel uittree plaats of niet?
Daarnaast begrijp ik niet waarom de grenfrquentie en grensgolflengte groter moet zijn , want wat nou als de grensfreq laag is en de fotonenegergie hoog?

En waarom heet dat (grens) frequentie/golflengte?
Heeft het te maken met hoe hoger de freq. en hoe kleiner de golflengte hoe energierijker?

Op donderdag 4 jan 2018 om 17:49 is de volgende reactie gegeven
Nog even wat over de fotoelektrsiche stroomkring, u zegt dat als je een batterij erop aansluit dat het proces, dus dat de elekrtonen zeker door de anode worden opgenomen en dat er op de manier stroom loopt. Daarbij moet je zowiezo licht hebben, om de elektronen vrij te maken? Of is het plaatsen van alleen een batterij(zonder lichtstraal) voldoende?

Erik van Munster reageerde op donderdag 4 jan 2018 om 18:34
Als de fotonenergie precies gelijk is aan de uittree-energie zal het elektron vrijgemaakt worden alleen zal het geen kinetische energie hebben nadat het vrijkomt.

Frequentie en golflengte zijn aan altijd elkaar gekoppeld (f = c/lambda). Een lage frequentie betekent altijd een grote golflengte en andersom. Zeggen dat een golflengte lager moet zijn dan een bepaalde grens betekent dus automatisch de bijbehorende frequentie hoger moet zijn.

Over je tweede vraag: Je moet sowieso licht hebben van de goede golflengte, of je nou een batterij gebruikt of niet. Met de batterij kunt je bepalen hoevéél stroom er gaat lopen nadat er elektronen zijn vrijgemaakt maar óf er stroom loopt hangt af van het licht wat erop valt.

Op donderdag 4 jan 2018 om 20:12 is de volgende reactie gegeven
Ik begrijp het, Danku!


Andras Soltesz vroeg op woensdag 24 mei 2017 om 14:55
Beste Erik,

Even een vraagje als dat mag:

Over uitree-energie. Het is dus bekend, dat alleen bepaalde golflengtes worden geabsorbeerd door een bepaald soort atoom. Is dit waar alleen als de fotonenergie onder de uitree-energie niveau zit, of ook daarboven? Worden dus alle fotonen, die een grotere energie hebben dan de uitree-niveau, geabsorbeerd?

mvg,
Andras

Erik van Munster reageerde op woensdag 24 mei 2017 om 15:33
Dag Andras,

Als de fotonenergie onder het uittree-niveau zit zal het niet in staat zijn om een elektron uit het metaal vrij te maken. Het zal uiteindelijk wel ergens in het metaal geabsorbeerd want metaal is niet doorzichtig maar uiteindelijk zal de energie omgezet worden in warmte (=bewegingsenergie van de metaalatomen). Het fotoelektrische effect treedt dan dus niet op. Als de fotonenergie groter of gelijk is aan de uittree-energie kan het foton wél elektronen vrijmaken en treedt het foto-elektrisch effect op.


Op zaterdag 11 mrt 2017 om 10:44 is de volgende vraag gesteld
hoi Eric,
wordt er met grensfrequentie bedoelt dat het de minimale frequentie is om een elektron los te maken uit metaal of is juistde maximale frequentie om een elektron los te maken uit metaal?

Erik van Munster reageerde op zaterdag 11 mrt 2017 om 11:57
De grensfrequentie is de MINIMALE frequentie een foton moet hebben om een elektron vrij te kunnen maken. Is de frequentie lager dan deze grensfrequentie dan is de energie van het foton te laag om een elektron vrij te kunnen maken uit het metaal.


Op maandag 16 mei 2016 om 11:42 is de volgende vraag gesteld
Hoe bereken je de uittree energie, dat snap ik nog niet helemaal.

Erik van Munster reageerde op maandag 16 mei 2016 om 12:29
De uittree-energie is de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron te laten "uittreden" uit een metaal.

Uittree-energie is een stofeigenschap en wordt bepaald door het soort metaal waar het licht op valt. Alle uittree-energien kun je gewoon opzoeken. Kijk in BINAS tabel 24.

Op maandag 16 mei 2016 om 12:33 is de volgende reactie gegeven
Dus er is nooit een onbekende stof waarvan je de uittree energie van zou kunnen berekenen?

Erik van Munster reageerde op maandag 16 mei 2016 om 13:16
Als de stof niet gegeven wordt in de opgave zul je dit een andere manier moeten uitvinden. In de opgave zal dan verder uitleg staan en uiteraard de gegevens die je nodig hebt. Meestal zal dan de remspanning en de fotonenergie gegeven zijn en geldt voor Euittree:

Euittree = q·Urem - Efoton

Als je wat voorbeelden met uitwerking wil:
Kijk bij "oefenen" via het menu hierboven in het hoofdstuk Quantum&Atoomfysica. Opgave 11 is een uitgebreide opgave over het fotoelektrisch effect. Uitwerking staat ook op de site.


Op donderdag 5 mei 2016 om 09:51 is de volgende vraag gesteld
Beste meneer Erik,

Als ik kijk in Binas Tabel 35 kan ik niet de formule vinden voor de kinetische energie van een elektron. Ik heb gekeken en ik vond alleen de elektrische energie in Binas Tabel 35D2, als er formules niet in de Binas staan,is het dan de bedoeling om die uit het hoofd te leren?

Met vriendelijke groet

Erik van Munster reageerde op donderdag 5 mei 2016 om 10:51
De formule voor kinetische energie vind je in BINAS tabel 35-A4.

In principe staan alle formules die je moet kennen in BINAS maar het is een stuk handiger als je veel gebruikte formules uit je hoofd weet. Scheelt een hoop opzoektijd. Als je veel oefenopgaven maakt ken je de belangrijkste formules op een gegeven moment vanzelf wel.


Op dinsdag 12 apr 2016 om 11:03 is de volgende vraag gesteld
Ik begrijp niet zo goed waarom bij de remspanning de kinetische energie van de deeltjes volledig omgezet in elektrische energie. Wat bedoelt u met 'als de kinetische energie van de elektron precies gelijk is aan de energie die hoort bij dat spanningsverschil'? De elektronen hebben toch geen elektrische energie want ze komen toch niet uit de spanningsbron? Zou u dit kunnen uitleggen?

Erik van Munster reageerde op dinsdag 12 apr 2016 om 12:18
Klopt, de elektronen hebben geen elektrische energie als ze vrijkomen, alleen maar kinetische energie (dat wil zeggen als de fotonenergie groter is dan de uittree-energie).
Als er geen spanning wordt gebruikt kunnen de elektronen die toevallig de goede richting op bewegen naar de overkant vliegen en worden nergens door tegengehouden. Nergens elektrische energie in het spel inderdaad.

Maar... als er wel een spanning is worden de elektronen tegengewerkt. Ze worden afgeremd en komen, als ze al de overkant halen, daar aan met minder kinetische energie dan waar ze mee begonnen zijn. Dit verschil in energie is gelijk aan q*U en wordt elektrische energie genoemd. De elektrische energie is dus de kinetische energie die ze verloren hebben.

Als de spanning gelijk is aan de remspanning is de elektrische energie zo groot dat ze helemaal geen kinetische energie meer over hebben en dus de overkant net niet halen.


Kim Wieltink vroeg op woensdag 17 feb 2016 om 11:40
Waar komt de 1,602·10-19 vndaan bij het berekenen van de energie bij vraag 2?
En hoe weet je de h en de c?

Erik van Munster reageerde op woensdag 17 feb 2016 om 12:17
Dag Kim,

1,062*10^-16 C is de grootte van lading van een elektron (e). Kun je vinden in BINAS tabel 7 ("Elementair ladingskwantum")

h is de constante van Planck, en c is de slichtsnelheid. Kun je ook allemaal vinden in BINAS tabel 7.


Hidde Dijkstra vroeg op vrijdag 10 jul 2015 om 09:48
Zijn energie en golflengte equivalent?

Erik van Munster reageerde op vrijdag 10 jul 2015 om 21:28
Ja, bij een foton zijn golflengte en energie aan elkaar gekoppeld. Voor de energie van een foton geldt

E = h*c / lambda

Als je de golflengte (lambda) weet, weet je dus opk de energie en andersom...


Maaike Migchelbrink vroeg op zondag 11 jan 2015 om 13:18
hoi,

Wat is precies het verschil tussen Wu en Urem?

Erik van Munster reageerde op zondag 11 jan 2015 om 16:22
W is het symbool van arbeid. Wu is dus de arbeid die door het elektrisch veld wordt verricht. Omdat de elektrische kracht op de vrijgemaakte elektronen de elektronen afremt is dit eigenlijk negatieve arbeid.

Als de spanning gelijk is aan de remspanning is de grootte van deze arbeid precies gelijk aan de kinetische energie van de vrijkomende elektronen.

Erik van Munster reageerde op zondag 11 jan 2015 om 16:23
De formule die hierbij hoort is:

Wu = q*Urem = Efoton - Euittree


Josse Hoenen vroeg op dinsdag 14 okt 2014 om 20:46
Hoi, nog een vraagje. U zegt dat wanneer je meer licht toevoegt de grafiek hoger komt te liggen. Maar gaan dat dan om de frequentie of om de intensiteit van het licht?

Erik van Munster reageerde op dinsdag 14 okt 2014 om 23:27
Het gaat dan om de intensiteit van het licht. Er vallen dan meer fotonen van dezelfde soort op de fotokathode en er worden dus ook meer elektronen vrijgemaakt. De energie per foton verandert dan dus niet, alleen het aantal fotonen per seconde.


Op dinsdag 14 okt 2014 om 20:38 is de volgende vraag gesteld
Beste Erik,

wat is nu precies het verschil tussen frequentie en intensiteit. Want als de intensiteit gelijk blijft en de frequentie wordt verhoogd, neemt het aantal fotononen per seconde af. Hoe kan dit??

Erik van Munster reageerde op dinsdag 14 okt 2014 om 23:24
Intensiteit van licht is hoeveel joule ergens op valt per seconde per vierkante meter. Als de frequentie van het opvallende licht hoger wordt, doordat het licht 'blauwer' wordt, wordt de energie per foton hoger. Je hebt dan dus minder fotonen nodig om dezelfde energie ergens op te laten vallen.


Op maandag 22 sep 2014 om 18:00 is de volgende vraag gesteld
Hoi,
Hoe kun je het aantal fotonen dat per seconde op de kathode valt, berekenen?

Erik van Munster reageerde op maandag 22 sep 2014 om 20:41
Hangt er van af wat er in de vraag verder wordt gegeven. Als het op de kathode vallende vermogen wordt gegeven is het het vermogen gedeeld door de energie per foton ( E = h*f).

Als de stroom die in de foto-elektrische cel loopt gegeven wordt, kun je het aantal elektronen per seconden uitrekenen door de stroom te delen door de lading per elektron (1,602*10^-19 C).

Dit aantal elektronen is gelijk aan het aantal fotonen mits je zeker weet dat elk foton een elektron vrijmaakt en dat elk vrijgemaakt elektron ook bijdraagt aan de stroom. Bijvoorbeeld door de juiste spanning.

Hangt dus erg van de vraag af...


Lisabeth Van Berkel vroeg op zondag 6 jul 2014 om 19:10
(ioniserende straling: Ioniserende straling is straling die voldoende energetisch is om een elektron uit de buitenste schil van een atoom weg te slaan. ) Betekent het dus dat sommige kleuren , onder ioniserende straling vallen?

Erik van Munster reageerde op zondag 6 jul 2014 om 23:08
Nee, zelf de kleur met de hoogste foton-energie (violet) heeft niet genoeg energie om een atoom te ioniseren.

Bij het fotoelektrisch effect is wat anders aan de hand. Hierbij gaat het om de energie die nodig is om elektronen uit een metaal vrij te maken. Deze elektronen zitten 'los', dus niet gebonden aan een bepaald atoom is het metaal.

Foto-elektrisch effect dus kan wel bij sommige kleuren licht. Ioniseren niet.


Pleun te Molder vroeg op zaterdag 1 feb 2014 om 11:46
Kunnen er alleen elektronen vrij gemaakt worden uit metalen? Of kan dit ook bij andere stoffen?

Erik van Munster reageerde op zaterdag 1 feb 2014 om 16:31
In metalen zitten de elektronen 'los' in het materiaal. Ze kunnen zich vrij tussen de metaalatomen door bewegen en zijn niet gebonden aan één atoom. Dit is de reden dat metalen stroom geleiden en ook de reden dat elektronen zo makkelijk los kunnen komen van het materiaal.

Bij andere materialen kan dit niet omdat de elektronen hier vastzitten aan een atoom. Foto-elektrisch effect heb je dus alleen bij stoffen waarbij elektronen 'los' zitten. Geleiders dus.

Kortom: Fotoelektrisch effect treedt dus NIET op bij de meeste stoffen, alleen bij metalen omdat de elektronen vrij kunnen bewegen.


Op zaterdag 11 jan 2014 om 21:15 is de volgende vraag gesteld
Hoi,
Wat is de invloed van een kleine of grote golflengte? Is het zo dat een grote golflengte minder energie met zich meebrengt?

Op zaterdag 11 jan 2014 om 21:16 is de volgende reactie gegeven
en hoe zit dit met de frequentie?

Op zaterdag 11 jan 2014 om 21:24 is de volgende reactie gegeven
is golflengte trouwens afhankelijk van de afstand die hij moet afleggen?

Erik van Munster reageerde op zaterdag 11 jan 2014 om 23:18
Een grote golflengte betekent inderdaad minder energie. Preciezer gezegd: De energie per foton is lager als de golflengte groter is. Zie hiervoor ook de videoles "fotonen".

Voor frequentie geldt: f= c/lambda. Dus hoe groter de golflengte hoe kleiner de frequentie (en hoe kleiner de energie)

Erik van Munster reageerde op zaterdag 11 jan 2014 om 23:21
Voor je tweede vraag: De afstand die het licht moet af leggen heeft niks te maken met de golflengte en de frequentie. De golflengte ligt vast op het moment dat het licht is uitgezonden en blijft constant, of het licht nou 1 meter aflegt of van de andere kant van het heelal komt; de golflengte en frequentie blijven gelijk.


Op dinsdag 23 apr 2013 om 23:42 is de volgende vraag gesteld
Een vraag m.b.t. de benodigde remspanning om de fotostroom nul te maken. Dit gebeurt middels negatieve spanning, hoe is deze negatieve spanning in de elektrische kring met fotocel in te stellen? (Er is spanning of geen spanning toch? Gaat het om spanningsverschil of het negatief maken van de anode, middels omdraaien van de batterij?).

Erik van Munster reageerde op woensdag 24 apr 2013 om 08:38
Als je je even voorstelt dat je het met een batterij doet: Je maakt de plus-pool van de batterij vast aan de foto-kathode, en de min-pool aan de anode. De vrijgemaakt elektronen worden nu, meteen als ze zijn vrijgemaakt weer aangetrokken door de positief geladen kathode waar ze vandaan komen. Ze worden dus afgeremd op weg naar de anode en net voor de anode staan ze stil en worden ze versneld in tegengestelde richting. Er loopt dan geen stroom.

Bij het maken van een remspanning zorg je er dus voor, bijvoorbeeld met een batterij, dat de kathode een hogere spanning heeft dan de anode.