Вопрос 27

Работа выхода в фотоэффекте[править | править исходный текст]

Работа выхода во внешнем фотоэффекте - минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света

Законы фотоэффекта полностью объясняются с помощью уравнения А.Эйнштейна: -работа выхода и красная граница фотоэффекта (когда E_k = 0).  U_зe = E_k = mv²/2 - вылетающие при фотоэффекте  электроны можно остановить с помощью отрицательного напряжения между анодом и катодом U_з - з «Кра́сная» грани́ца фотоэффе́кта —минимальная частота  или максимальная длина волны  света, при которой ещё возможен внешний фотоэффект, то есть конечная кинетическая энергия фотоэлектронов меньше нуля. Частота  зависит только от работы выхода  электрона:

где  — работа выхода для конкретного фотокатода, h — постоянная Планка, а с — скорость света. Работа выхода  зависит от материала фотокатода и состояния его поверхности. Испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на фотокатод падает свет с частотой  или с длиной волны .

адерживающей разностью потенциалов.

Вопрос 28

Фотоэффект[править | править исходный текст]

Основная статья: Фотоэффект

Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он, благодаря номинации шведского физика Озеена, получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде квантованных порций. Из закона сохранения энергии, при представлении света в виде частиц (фотонов), следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:

где  — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества),  — кинетическая энергия вылетающего электрона,  — частота падающего фотона с энергией ,  — постоянная Планка. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта, то есть существование наименьшей частоты, ниже которой энергии фотона уже не достаточно для того, чтобы «выбить» электрон из тела. Суть формулы заключается в том, что энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества, то есть на работу, необходимую для «вырывания» электрона, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона.

Использование законов фотоэффекта[править | править исходный текст]

При данном способе измерения постоянной Планка используется закон Эйнштейна для фотоэффекта:

где  — максимальная кинетическая энергия вылетевших с катода фотоэлектронов,

 — частота падающего света,

 — т. н. работа выхода электрона.

Измерение проводится так. Сначала катод фотоэлемента облучают монохроматическим светом с частотой , при этом на фотоэлемент подают запирающее напряжение, так, чтобы ток через фотоэлемент прекратился. При этом имеет место следующее соотношение, непосредственно вытекающее из закона Эйнштейна:

где  — заряд электрона.

Затем тот же фотоэлемент облучают монохроматическим светом с частотой  и точно также запирают его с помощью напряжения 

Почленно вычитая второе выражение из первого, получаем

откуда следует