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.
Облучаем поверхность вещества. Энергия каждого фотона равна . 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:
(1)
- где
- — энергия фотона,
- Дж/с — постоянная Планка (константа),
- — частота фотона,
- — работа выхода (энергия, необходимая электрону, чтобы стать свободным),
- — оставшаяся кинетическая энергия электрона,
- кг — масса электрона,
- — скорость вылетевшего электрона.
- — энергия фотона,
Работа выхода электрона () — 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:
(2)
- где
- — энергия фотона,
- Дж/с — постоянная Планка (константа),
- — частота фотона, называемая красной границей фотоэффекта,
- — работа выхода (энергия, необходимая электрону, чтобы стать свободным).
- — энергия фотона,
Красная граница фотоэффекта () — частота излучения (фотона), ниже которой фотоэффект не происходит.
Аналогично можно ввести:
(3)
- где
- — максимальная длина волны, при которой возможен фотоэффект,
- м/с — скорость света (константа),
- — частота фотона, называемая красной границей фотоэффекта.
Вывод: задачи на фотоэффект вводятся именно этим словом. Единственное, что мы можем использовать при этом, — уравнение Эйнштейна (1).