Vypracovala: B. Horváthová
 
 
Fyzikálne objekty môžeme podľa veľkosti rozdeliť na tri kategórie. Makroobjekty sú priamo pozorovateľné, prístupné pozorovaniu okom, mikroskopom, ďalekohľadom. Mikroobjekty sú sčasti pozorovateľné najmodernejšími mikroskopmi, sčasti možno ich existenciu dokázať experimentálnymi metódami. Megafyzikálne objekty sú galaxie, vesmír ako celok.
Klasická fyzika zahŕňa mechaniku, termodynamiku, molekulovú fyziku a elektrodynamiku. Mala však svoje hranice a nedokázala nájsť odpovede na niektoré otázky, napr.: Ako vznikajú spektrá prvkov? Čo je podstatou chemických väzieb? Prečo svietia hviezdy?
Odpovede na nezodpovedané otázky dala kvantová fyzika.
 
Kvantová fyzika sa zaoberá mikrofyzikálnymi objektmi. Rozčleňuje sa na: atómovú fyziku, jadrovú fyziku, fyziku elementárnych častíc, fyziku pevných látok. Za začiatok vzniku kvantovej fyziky možno považovať objav radiačného zákona, v roku 1900 v Berlíne oznámil Max Planc. Planckova kvantová hypotéza - Elektromagnetické vlnenie je vyžarované alebo pohlcované atómami vždy v určitých dávkach – kvantách. Tieto kvantá, ktoré sa od roku 1926 nazývajú fotóny, majú energiu:E=h.f=\frac{h.c}{\Lambda} , kde f je frekvencia je vlnová dĺžka elektromagnetického žiarenia, c je rýchlosť svetla vo vákuu, h je Planckova konštanta h=6,626075.10^{-34}J.s
V kvantovej fyzike používame jednotku energie – elektrónvolt. 1eV je energia, ktorú získa elektrón urýchlený potenciálovým rozdielom 1V. 1eV=1,602 177 .10-19 J.
Fotoelektrický jav - je uvoľňovanie elektrónov z látky pôsobením elektromagnetického žiarenia. Je známy vonkajší a vnútorný fotoelektrický jav. Pri vonkajšom jave sa pôsobením žiarenia uvoľňujú elektróny, ktoré unikajú z povrchu látky.
Na obrázku vidíme zariadenie na pozorovanie fotoefektu. Dopadajúce žiarenie uvoľňuje z kovovej katódy K, elektróny, ktoré dopadajú na anódu A, a obvodom preteká elektrický prúd. Napätie na mriežke elektróny brzdí. Pri hodnote U=U_{b} je prúd pretekajúci obvodom nulový čo umožňuje odmerať energiu E_{k,max}=e.U_{b}, e je náboj elektrónu.
 
 
 
Poznatky zistené pri experimentoch:
Maximálna kinetická energia elektrónov uvoľnených z povrchu kovu pri fotoefekte nezávisí od intenzity dopadajúceho žiarenia, ale od frekvencie. Čím je väčšia frekvencia tým je väčšia aj kinetická energia.
Pre každý kov existuje istá hraničná frekvencia f0 dopadajúceho žiarenia. Elektróny sú emitované iba pri frekvencii f, ktorá je väčšia alebo rovná hraničnej frekvencii.
Fotoelektrický jav objasnil v roku 1905 Albert Einstein. Predpokladal, že elektromagnetická rovinná vlna s frekvenciou f sa pri dopade na látku správa ako súbor častíc, svetelných kvánt. Pri fotoelektrickom jave odovzdá fotón celú svoju energiu jedinému elektrónu v kove. Elektrón časť tejto energie spotrebuje na uvoľnenie z kovu a zvyšok energie mu ostane ako kinetická energia.
Fotoelektrický jav môžeme zapísať rovnicou: h.f=W_{v}+E_{k}
h.f  je energia dopadajúceho fotónu, WV je výstupná práca , Ek je kinetická energia vystupujúceho elektrónu.
Pri vnútornom fotoelektrickom jave uvoľnené elektróny z väzieb zostávajú vo vnútri látky. Najčastejšie sa používa v polovodičových súčiastkach. Na základe vnútorného fotoelektrického javu pracuje fotorezistor, v ktorom sa po ožiarení zníži jeho odpor a obvodom prechádza prúd úmerný intenzite dopadajúceho žiarenia.Vo fotodióde po ožiarení na PN prechode sa generujú elektróny a zníži sa jej odpor v závernom smere. Je zdrojom elektrickej energie v solárnych článkoch.
Elektromagnetické žiarenie možno považovať za tok energetických kvánt, pre ktoré americký fyzikálny chemik G. N. Lewis zaviedol názov fotóny. Sú to častice s nulovou pokojovou hmotnosťou, ktoré sa pohybujú vo vákuu rýchlosťou svetla. Fotóny v sebe spájajú vlnové i časticové vlastnosti ich existenciu experimentálne preukázal v roku 1922 A. Compton pri pokusoch röntgenové žiarenie nechal dopadať na uhlíkovú doštičku.
 
 
 
V rozptýlenom žiarení našiel Compton nielen žiarenie s pôvodnou frekvenciou ale aj žiarenie s frekvenciou nižšou f´. Pre vlnovú dĺžku platí , pretože
 
Vysvetlenie Comtonovho javu je opäť možné len pomocou kvantovej hypotézy. Fotóny röntgenového žiarenia sa pri zrážke s elektrónmi v uhlíku prejavujú ako častice. Nastáva pružná zrážka fotónu s rýchlosťou c s nehybným elektrónom a pre túto zrážku platí zákon zachovania energie a zákon zachovania hybnosti. Pre frekvenciu fotónu odrazeného pod určitým uhlom platí rovnica
 
Fotóny sa pohybujú vo vákuu rýchlosťou svetla, majú svoju energiu a hybnosť, pokojová hmotnosť fotónu je nulová. Energia fotónu E=h.f=\frac{h.c}{\Lambda} , hybnosť fotónu p=\frac{h}{\Lambda}=\frac{h.f}{c}
 
Vzťah medzi energiou a hybnosťou fotónu je E=p.c
 
Elektromagnetické žiarenie, teda aj svetlo môžeme považovať za tok častíc - fotónov. Už v 17.storočí existovali dve teórie podstaty svetla. Newtonova teória považovala svetlo za tok častíc – korpuskulárna teória a Huygensova svetlo za vlnenie – vlnová teória. Podľa druhov experimentov, ktoré s fotónmi realizujeme sa fotóny správajú ako častice alebo ako vlnenie. Tento rozpor sa nazýva korpuskulárno vlnový dualizmus.
Napríklad nemožno presne určiť jeho trajektóriu a miesto dopadu, možno určiť len pravdepodobnosť s ktorou sa vyskytuje v rôznych bodoch priestoru.
V roku 1924 vyslovil francúzsky fyzik Louis de Broglie predpoklad, že aj ostatné objekty mikrosveta doteraz považované za klasické (elektróny, protóny, atómy..) majú vlastnosti častíc i vlastnosti vlnenia. S každou časticou hybnosti p je spojené aj vlnenie: ,
m je pokojová alebo relativistická hmotnosť. Takéto vlnenie sa označuje ako de Broglieho vlny a je prejavom vlnových vlastností pohybujúcich sa častíc, pričom neexistuje zdroj, ktorý by takéto vlnenie vyžaroval.
 
Príklad: Výstupná práca elektrónov pre sodík je 2,3  eV. S akou kinetickou energiou budú vyletovať elektróny z povrchu sodíkovej katódy, keď na ňu dopadá ultrafialové žiarenie s vlnovou dĺžkou 300 nm?
Riešenie:
 
 
Pre výpočet kinetickej energie použijeme základnú rovnicu pre fotoelektrický jav:
 
 
Po číselnom dosadení:
 
 
Kinetická energia uvoľnených elektrónov je približne 1,8 eV.
 
 
Úlohy:
 
1) Stručne popíšte vonkajší a vnútorný fotoelektrický jav.
2) Napíšte Einsteinovu rovnicu pre fotoelektrický jav.
3) Popíšte Comptonov jav.
 
 
Použitá literatúra:
 
P. Tarábek a kol. – Zmaturuj z fyziky
V.Lank, M. Vondra – Fyzika v kocke pre stredné školy