Фотоэффект

Одним из интереснейших квантовых эффектов, рассматриваемых в курсе школьной физики, является фотоэлектрический эффект или фотоэффект. Фотоэффект — явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передаётся электронам вещества.

Фотоэффект

Рис. 1. Фотоэффект

Облучаем поверхность вещества. Энергия каждого фотона равна \displaystyle h\nu . Фотон, попадающий внутрь вещества, поглощается электроном, который, в свою очередь, приобретает дополнительную энергию. Вырываясь из поверхности вещества, электрон теряет часть энергии (взаимодействуя с ионами вещества) и, становясь свободным (когда электрон перестаёт взаимодействовать с веществом), улетает в пространство.

С точки зрения зрения закона сохранения энергии, можно получить уравнение Эйнштейна:

\displaystyle h\nu =A+\frac{{{m}_{e}}{{\upsilon }^{2}}}{2} (1)

  • где
    • \displaystyle h\nu — энергия фотона,
      • \displaystyle h=6,626*{{10}^{-34}} Дж/с — постоянная Планка (константа),
      • \displaystyle \nu — частота фотона,
    • \displaystyle A — работа выхода (энергия, необходимая электрону, чтобы стать свободным),
    • \displaystyle \frac{{{m}_{e}}{{\upsilon }^{2}}}{2}={{E}_{k}} — оставшаяся кинетическая энергия электрона,
      • \displaystyle {{m}_{e}}\approx 9.1*{{10}^{-31}} кг — масса электрона,
      • \displaystyle \upsilon — скорость вылетевшего электрона.

Работа выхода электрона (\displaystyle A) — минимальная энергия, которую необходимо передать электрону, чтобы он «выбрался» на поверхность. Если энергия фотона равна точно энергии выхода, то электрон, «выйдя» на поверхность, там и останавливается, т.е. после выхода электрона, его кинетическая энергия численно равна нулю. Тогда уравнение Эйнштейна примет вид:

\displaystyle h{{\nu }_{k}}=A (2)

  • где
    • \displaystyle h\nu — энергия фотона,
      • \displaystyle h=6,626*{{10}^{-34}} Дж/с — постоянная Планка (константа),
      • \displaystyle {{\nu }_{k}} — частота фотона, называемая красной границей фотоэффекта,
    • \displaystyle A — работа выхода (энергия, необходимая электрону, чтобы стать свободным).

Красная граница фотоэффекта (\displaystyle {{\nu }_{k}}) — частота излучения (фотона), ниже которой фотоэффект не происходит.

Аналогично можно ввести:

\displaystyle {{\lambda }_{k}}=\frac{c}{{{\nu }_{k}}} (3)

  • где
    • \displaystyle {{\lambda }_{k}} — максимальная длина волны, при которой возможен фотоэффект,
    • \displaystyle c\approx 3*{{10}^{8}} м/с — скорость света (константа),
    • \displaystyle {{\nu }_{k}} — частота фотона, называемая красной границей фотоэффекта.

Вывод: задачи на фотоэффект вводятся именно этим словом. Единственное, что мы можем использовать при этом, — уравнение Эйнштейна (1).

Добавить комментарий