Найти скорость фотоэлектронов вырываемых с поверхности серебра: определить максимальную скорость фотоэлектронов

определить максимальную скорость фотоэлектронов

Физика
Специальный поиск
Физика Теория вероятностей и мат. статистика Гидравлика Теор. механика Прикладн. механика Химия Электроника Витамины для ума	Главная Поиск по сайту Формулы Все задачи Помощь Контакты Билеты
	определить максимальную скорость фотоэлектронов Задача 80093 Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрафиолетовыми лучами с длиной волны λ = 0,155 мкм. Работа выхода для серебра AВ = 4,7 эВ. Решение Задача 80249 На поверхность металла падают лучи с длиной волны λ = 4 нм. Пренебрегая работой выхода определить максимальную скорость фотоэлектрона. Решение Задача 80442 На поверхность вольфрама (работа выхода А = 4,52 эВ) падает γ-излучение с длиной волны λ = 1 пм. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, которые вырываются с поверхности вольфрама. Решение Задача 26458 На поверхность лития падает рентгеновское излучение с длиной волны 1 нм. Определить максимальную скорость фотоэлектронов. Можно ли пренебречь работой выхода электрона? Решение Задача 11599 Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из металла при облучении γ-квантами с энергией 1,53 МэВ. Решение Задача 12345 На платиновую пластину падает излучение с длиной волны 180 нм. Определить максимальную скорость фотоэлектронов. Работа выхода электронов из платины А = 6,3 эВ. Решение Задача 12353 Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из металла при облучении γ-квантами с длиной волны λ = 0,5 нм. Учесть зависимость скорости электронов от энергии фотонов. Решение Задача 12355 Определить максимальную скорость vmax фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка (работа выхода А = 4 эВ) при облучении γ-излучением с длиной волны λ = 2,47 пм. Решение Задача 12357 Определите максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла, если фототок прекращается при приложении задерживающего напряжения 3,7 В. Решение Задача 12359 Фототок прекращается при задерживающем потенциале 4,3 В. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла. Решение Задача 12360 Определите максимальную скорость фотоэлектронов, если фототок прекращается при задерживающем напряжении 0,80 В. Решение Задача 12346 Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка при облучении его излучением с длиной волны λ = 247 нм. Решение Задача 15277 Красная граница фотоэффекта для некоторого металла 660 нм. Определите максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла светом с длиной волны 220 нм. Решение Задача 18178 Определите максимальную скорость фотоэлектрона, вырванного с поверхности золота фотоном с энергией 9,3 эВ. Решение Задача 20536 Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из металла под действием γ-излучения с длиной волны λ = 0,3 нм. Решение Задача 20640 Имеется вакуумный фотоэлемент, один из электродов которого цезиевый, другой — медный. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, подлетающих к медному электроду, при освещении цезиевого электрода электромагнитным излучением с длиной волны 0,22 мкм, если электроды замкнуть снаружи накоротко. А цезия = 1,89 эВ, Амеди = 4,47 эВ. Решение Задача 21166 Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 155 нм. Работа выхода для серебра составляет 4,2 эВ. Один электронвольт 1 эВ = 1,6·10–19 Дж. Зависит ли скорость фотоэлектрона от интенсивности света (ответ надо обосновать). Решение

Примеры решенных задач по физике на тему «Фотоэффект»

Ниже размещены условия задач и отсканированные решения. Если вам нужно решить задачу на эту тему, вы можете найти здесь  похожее условие и решить свою по аналогии.   Загрузка страницы может занять некоторое время в связи с большим количеством рисунков.  Если Вам понадобится решение задач или онлайн помощь по физике- обращайтесь, будем рады помочь.

Явление фотоэффекта заключается в испускании веществом электронов под действием падающего света. Теория фотоэффекта разработана Эйнштейном и заключается в том, что поток света представляет собой поток отдельных квантов(фотонов) с энергией каждого фотона hn. При попадании фотонов на поверхность вещества часть из них передает свою энергию электронов. Если этой энергия больше работы выхода из вещества, электрон покидает металл. Уравнение эйнштейна для фотоэффекта:  где  — максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона. 

 

Длина волны красной границы фотоэффекта для некоторого металла составляет 307 нм. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов – 1 эВ. Найти отношение работы выхода электрона к энергии падающего фотона. 

Частота света красной границы фотоэффекта для некоторого металла составляет 6*10¹⁴ Гц, задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов – 2В. Определить частоту падающего света и работу выхода электронов. 

Работа выхода электрона из металла составляет 4,28эВ. Найти граничную длину волны фотоэффекта.

На медный шарик радает монохроматический свет с длиной волны 0,165 мкм. До какого потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона для меди 4,5 эВ?

Работа выхода электрона из калия составляет 2,2эВ, для серебра 4,7эВ. Найти граничные длину волны фотоэффекта.

Длина волны радающего света 0,165 мкм, задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов 3В. Какова работа выхода электронов?

Красная граница фотоэффекта для цинка 310 нм. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, если на цинк падает свет с длиной волны 200нм.

На металл с работой выхода 2,4эВ падает свет с длиной волны 200нм. Определить задерживающую разность потенциалов. 

На металл  падает свет с длиной волны 0,25 мкм, задерживающая разность потенциалов при этом 0,96В. Определить работу выхода электронов из металла. 

При изменении длины волны падающего света  максимальные скорости фотоэлектронов изменились в 3/4 раза. Первоначальная длина волны 600нм, красная граница фотоэффекта 700нм. Определить длину волны после изменения. 

Работы выхода электронов для двух металлов отличаются в 2 раза, задерживающие разности потенциалов — на 3В. Определить работы выхода. 

Максимальная скорость фотоэлектронов равно 2,8*10⁸ м/с. Определить энергию фотона. 

Энергии падающих на металл фотонов равны 1,27 МэВ. Найти максимальную скорость фотоэлектронов. 

 

Максимальная скорость фотоэлектронов равно 0,98с, где с — скорость света в вакууме. Найти длину волны падающего света. 

Энергия фотона в пучке света, падающего на поверхность металла, равно 1,53 МэВ. Определить максимальную скорость фотоэлектронов. 

На шарик из металла падает свет с длиной волны 0,4 мкм, при этом шапик заряжается до потенциала 2В. До какого потенциала зарядится шарик, если длина волны станет равной 0,3 мкм?

После изменения длины волны падающего света в 1,5 раза задерживающая разность потенциалов изменилась с 1,6В до 3В. Какова работа выхода?

Красная граница фотоэффекта 560нм, частота падающего света 7,3*10¹⁴ Гц. Найти максимальную скорость фотоэлектронов. 

Красная граница фотоэффекта 2800 ангстрем, длина волны падающего света 1600 ангстрем. Найти работу выхода и максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона.

Задерживащая разность потенциалов 1,5В, работа выхода электронов 6,4*10

-19 Дж. Найти длину волны падающего света и красную границу фотоэффекта.

Работа выхода электронов из металла равна 3,3 эВ. Во сколько раз изменилась кинетическая энергия фотоэлектронов. если длина волны падающего света изменилась с 2,5*10^-7м до 1,25*10^-7м?

Найти максимальную скорость фотоэлектронов для видимого света с энергией фотона 8 эВ и гамма излучения с энергией 0,51 МэВ. Работа выхода  электронов из металла 4,7 эВ.

Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 3,7 В. Работа выхода электронов равна 6,3 эВ. Какая работа выхода электронов у другого металла, если там фототок прекращается при разности потенциалов, большей на 2,3В.

 

 

Работа выхода электронов из металла 4,5 эВ, энергия падающих фотонов 4,9 эВ. Чему равен максимальный импульс фотоэлектронов?

Красная граница фотоэффекта 2900 ангстрем, максимальная скорость фотоэлектронов 10⁸ м/с. Найти отношение работы выхода электронов к энергии палающих фотонов.  

 

Длина волны падающего света 400нм, красная граница фотоэффекта равна 400нм. Чему равна максимальная скорость фотоэлектронов?

Длина волны падающего света 300нм, работа выхода электронов 3,74 эВ. Напряженность задерживающего электростатического поля 10 В/см.Какой максимальный путь фотоэлектронов при движении в направлении задерживающего поля?

Длина волны падающего света 100 нм, работа выхода электронов 5,30эВ. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.

 

При длине волны радающего света 491нм задерживающая разность потенциалов 0,71В. Какова работа выхода электронов? Какой стала длина волны света, если  задерживающая разность потенциалов стала равной 1,43В?

Кинетическая энергия фотоэлектронов 2,0 эВ, красная граница фотоэффекта 3,0*10¹⁴ Гц. Определить энергию фотонов.

Красная граница фотоэффекта 0,257 мкм, задерживающая разность потенциалов 1,5В. Найти длину волны падающего света.

Красная граница фотоэффекта 2850 ангстрем. Минимальное значение энергии фотона, при котором возможен фотоэффект?

Ниже вы можете посмотреть обучаюший видеоролик на тему фотоэффекта и его законов.

Вопрос 10 (2 + 4 + 2 + 2 = 10 Метки) Фотоэлектроны выбрасываются с поверхности серебра в течение эксперимент по фотоэффекту светом с длиной волны 230 нм. соответствующее тормозное напряжение измеряется как 0,48 В. [показать шаг плизззззззззззззз] Рассчитайте максимальную кинетическую энергию выброшенного фотоэлектроны Вычислите работу выхода серебра. Рассчитайте пороговую частоту для серебряной поверхности. Рассчитайте энергию фотона линии 482 нм в спектр водорода.

Вопрос

Пошаговый ответ

Вопрос 10 (2 + 4 + 2 + 2 = 10 Метки) Фотоэлектроны выбрасываются с поверхности серебра в течение фотоэлектрический эффект…

Вопрос 10 (2 + 4 + 2 + 2 = 10 Метки) Фотоэлектроны выбрасываются с поверхности серебра в течение эксперимент по фотоэффекту светом с длиной волны 230 нм. соответствующее тормозное напряжение измеряется как 0,48 В. [показать шаг плизззззззззззззз] 1: Рассчитайте максимальную кинетическую энергию выброшенного фотоэлектроны 2: Рассчитайте работу выхода для серебра. 3: Рассчитайте пороговую частоту для серебряной поверхности. 4: Рассчитайте энергию фотона линии 482 нм в спектр водорода. 9-6 J

---

Видео с лучшим совпадением Рекомендация:

Решено проверенным экспертом

У нас нет заданного вами вопроса, но вот рекомендуемое видео, которое может помочь.

Вопрос о лучшем совпадении:

Вопрос 4 2 балла В эксперименте с фотоэлектрическим эффектом; катод из вольфрама; работа выхода которого равна 4,58 эВ. Какова максимальная длина волны света, выбрасывающего электроны, в нм? Вопрос 5 2 балла Если длина волны падающего света 240 нм, рассчитайте максимальную скорость фотоэлектронов, которые будут выбиты из вольфрама; в км/с. Энергия массы покоя электрона составляет 511 кэВ:

Рекомендуемые видео

Стенограмма

Первая часть проблемы решается вами. Нам нужно найти максимальный путь, по которому фотоэлектрон будет выброшен, чтобы отменить функцию вольфрама. Нет, чтобы удалить электрон. Энергия фотона должна быть сравнима с работой выхода. Мы можем записать энергию фотона ist. Завод имеет постоянную скорость полета более максимальной кремневой. Трудовая функция и это одно и то же. Постоянная планки, умноженная на скорость полета над миром, эквивалентна максимальному пути друга после удачи. Постоянная плана равна четырем точкам 1356 умножить на 10 с точностью до минус 15 электрон-вольт, то есть скорость полета. Это в три раза больше, чем восемь м/с над мировой функцией. Это примерно 4,58 электрон-вольта. В нанометрах максимальный волновой фронт равен 271). Путь от этого до 40 нм — часть вторая. Пустая постоянная, равная полной точке 135, 6 раз аккуратно минус 15 электронов в четвертой секунде, умноженной на скорость полета, является энергией этой фотографии. Фотография имеет энергию, равную 5,17 электронных голосов. Максимальная энергия фотона за вычетом работы выхода после Джонстона является максимальной. В сумме получается 5,17-4,58 голосов. Нулевая точка — это максимальный вид техники после выброшенного электрона. 5 9электрон не будет работать. Полуторакратная масса — это максимальный тип техники. После максимальной скорости М было неспокойно. Энергия покоя больше кинетической энергии. Можно применить классическую механику. Максимальная скорость отбрасываемого подобно Хроносу квадратного корня в два раза превышает максимальную технологию над массой электрона, другие замещающие величины. Масса покоя равна квадрату скорости света, а максимальная скорость равна удвоенной текущей энергии. Это против студии. Как получить максимальную скорость вылетающего электрона 4,56 умножить на 105 м в секунду? С точки зрения миль в секунду. Выброшенные электроны имеют максимальную скорость 888-276-59.32 888-276-5932.

Поделиться вопросом

Добавить в плейлист

Хммм, кажется, у вас нет плейлистов. Пожалуйста, добавьте свой первый плейлист.

`

Фотоэффект | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Описать типичный эксперимент с фотоэлектрическим эффектом.
• Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, испускаемых фотонами с одной энергией или длиной волны, если известна максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов для другой энергии фотона или длины волны.

Когда свет попадает на материалы, он может выбрасывать из них электроны. Это называется фотоэлектрическим эффектом , что означает, что свет ( фото ) производит электричество. Одним из распространенных применений фотоэлектрического эффекта являются экспонометры, например те, которые регулируют автоматическую диафрагму на различных типах камер. Аналогичным образом, другое применение — солнечные батареи, которые вы, вероятно, видели в своем калькуляторе или видели на крыше или на придорожном знаке. Они используют фотоэлектрический эффект для преобразования света в электричество для работы различных устройств.

Рис. 1. Фотоэлектрический эффект можно наблюдать, позволяя свету падать на металлическую пластину в этой вакуумной трубке. Электроны, испускаемые светом, собираются на коллекторной проволоке и измеряются как ток. Замедляющее напряжение между токосъемной проволокой и пластиной затем можно отрегулировать таким образом, чтобы определить энергию выброшенных электронов. Например, если он достаточно отрицателен, электроны не достигнут провода. (кредит: П. П. Уроне)

Этот эффект известен уже более века и может быть изучен с помощью устройства, подобного показанному на рисунке 1. На этом рисунке показана вакуумная трубка с металлической пластиной и коллекторным проводом, которые соединены источником переменного напряжения с более отрицательным коллектором, чем пластина. Когда свет (или другое электромагнитное излучение) попадает на пластину в вакуумной трубке, он может выбрасывать электроны. Если электроны имеют энергию в электрон-вольтах (эВ) больше, чем разность потенциалов между пластиной и проводом в вольтах, часть электронов будет собрана на проводе. Поскольку энергия электрона в эВ равна эВ , где q — заряд электрона, а В — разность потенциалов, энергию электрона можно измерить, регулируя тормозящее напряжение между проволокой и пластиной. Напряжение, которое не позволяет электронам достичь провода, равно энергии в эВ. Например, если -3,00 В едва останавливают электроны, их энергия составляет 3,00 эВ. Количество выброшенных электронов можно определить, измерив ток между проводом и пластиной. Чем больше света, тем больше электронов; небольшая схема позволяет использовать это устройство в качестве люксметра.

Что действительно важно в фотоэлектрическом эффекте, так это вывод Альберта Эйнштейна из него. Эйнштейн понял, что существует несколько характеристик фотоэлектрического эффекта, которые можно объяснить только в том случае, если ЭМ-излучение само по себе квантуется : кажущийся непрерывным поток энергии в ЭМ-волне на самом деле состоит из квантов энергии, называемых фотонами. В своем объяснении фотоэлектрического эффекта Эйнштейн определил квантованную единицу или квант ЭМ энергии, который мы теперь называем фотон с энергией, пропорциональной частоте электромагнитного излучения. В форме уравнения энергия фотона равна E = hf , где E — энергия фотона с частотой f , а h — постоянная Планка. Эта революционная идея похожа на планковское квантование энергетических состояний в осцилляторах абсолютно черного тела, но она совершенно другая. Это квантование самого ЭМ излучения. ЭМ волны состоят из фотонов и не являются непрерывными гладкими волнами, как описано в предыдущих главах по оптике. Их энергия поглощается и излучается порциями, а не непрерывно. Это в точности согласуется с планковским квантованием энергетических уровней в осцилляторах абсолютно черного тела, поскольку эти осцилляторы увеличивают и уменьшают свою энергию шагами по hf  , поглощая и испуская фотоны, имеющие E  =  hf . Мы не наблюдаем этого глазами, потому что в обычных источниках света так много фотонов, что отдельные фотоны остаются незамеченными. (См. рис. 2.) Следующий раздел текста («Энергии фотонов и электромагнитный спектр») посвящен обсуждению фотонов и некоторых их характеристик и значений. Сейчас мы воспользуемся концепцией фотона для объяснения фотоэлектрического эффекта, как это сделал Эйнштейн.

Рис. 2. ЭМ волна частоты f состоит из фотонов или отдельных квантов ЭМ излучения. Энергия каждого фотона равна E = hf , где h — постоянная Планка, а f — частота электромагнитного излучения. Более высокая интенсивность означает большее количество фотонов на единицу площади. Фонарик излучает большое количество фотонов с разными частотами, поэтому другие имеют энергию E ′ = hf ′ и так далее.

Фотоэффект обладает описанными ниже свойствами. Все эти свойства согласуются с идеей о том, что отдельные фотоны электромагнитного излучения поглощаются отдельными электронами в материале, при этом электрон получает энергию фотона. Некоторые из этих свойств несовместимы с идеей, что электромагнитное излучение представляет собой простую волну. Для простоты рассмотрим, что происходит с монохроматическим ЭМ излучением, в котором все фотоны имеют одинаковую энергию хф .

1. Если мы варьируем частоту ЭМ излучения, падающего на материал, мы находим следующее: Для данного материала существует пороговая частота f ₀ для ЭМ излучения, ниже которой ни один электрон не выбрасывается независимо от интенсивности. Отдельные фотоны взаимодействуют с отдельными электронами. Таким образом, если энергия фотона слишком мала, чтобы оторвать электрон, электроны не будут выброшены. Если бы электромагнитное излучение было простой волной, достаточно энергии можно было бы получить за счет увеличения интенсивности.
2. Как только электромагнитное излучение падает на материал, электроны выбрасываются без задержки . Как только отдельный фотон достаточно высокой частоты поглощается отдельным электроном, электрон выбрасывается. Если бы ЭМ-излучение было простой волной, потребовалось бы несколько минут, чтобы на поверхность металла было передано достаточно энергии для выбрасывания электрона.
3. Количество электронов, выбрасываемых в единицу времени, пропорционально интенсивности электромагнитного излучения и никаким другим характеристикам. Высокоинтенсивное электромагнитное излучение состоит из большого количества фотонов на единицу площади, при этом все фотоны имеют одинаковую характеристическую энергию хф .
4. Если мы варьируем интенсивность ЭМ-излучения и измеряем энергию выбитых электронов, то находим следующее: Максимальная кинетическая энергия выбитых электронов не зависит от интенсивности ЭМ-излучения . Поскольку в материале так много электронов, крайне маловероятно, что два фотона будут взаимодействовать с одним и тем же электроном одновременно, тем самым увеличивая переданную ему энергию. Вместо этого (как отмечено в пункте 3 выше) увеличение интенсивности приводит к выбрасыванию большего количества электронов с той же энергией. Если бы ЭМ-излучение было простой волной, более высокая интенсивность могла бы дать больше энергии, и электроны с более высокой энергией были бы выброшены.
5. Кинетическая энергия выброшенного электрона равна энергии фотона за вычетом энергии связи электрона в конкретном материале. Отдельный фотон может отдать всю свою энергию электрону. Энергия фотона частично используется для отрыва электрона от материала. Остальное идет на кинетическую энергию выбитого электрона. В виде уравнения это выражается как KE _e = hf − BE, где KE _e — максимальная кинетическая энергия выброшенного электрона, hf  – это энергия фотона, а BE – это энергия связи электрона с конкретным материалом. (BE иногда называют работой выхода материала.) Это уравнение, данное Эйнштейном в 1905 году, количественно объясняет свойства фотоэлектрического эффекта. Отдельный фотон ЭМ-излучения (а иначе и не бывает) взаимодействует с отдельным электроном, отдавая достаточно энергии, ВЕ, для его отрыва, а оставшаяся часть уходит на кинетическую энергию. Энергия связи BE =  hf ₀ , где f ₀ — пороговая частота для конкретного материала. На рисунке 3 показан график максимальной КЭ _и в зависимости от частоты падающего ЭМ излучения, падающего на конкретный материал.

Рис. 3. Фотоэлектрический эффект. График зависимости кинетической энергии выброшенного электрона KE _e от частоты электромагнитного излучения, падающего на определенный материал. Существует пороговая частота, ниже которой никакие электроны не выбрасываются, потому что отдельный фотон, взаимодействующий с отдельным электроном, имеет недостаточную энергию, чтобы оторваться от него. Энергия выше порога, KE _e линейно увеличивается с f , что соответствует KE _e = hf − BE. Наклон этой линии ч — данные можно использовать для экспериментального определения постоянной Планка. Эйнштейн дал первое успешное объяснение таким данным, предложив идею фотонов — квантов ЭМ-излучения.

Идея Эйнштейна о том, что электромагнитное излучение квантуется, сыграла решающую роль в зарождении квантовой механики. Это гораздо более общая концепция, чем может подразумевать объяснение фотоэлектрического эффекта. Все ЭМ излучение также может быть смоделировано в виде фотонов, и характеристики ЭМ излучения полностью соответствуют этому факту. (Как мы увидим в следующем разделе, многие аспекты электромагнитного излучения, такие как опасность ультрафиолетового (УФ) излучения, можно объяснить9. 0057 только по фотонным свойствам.) Эйнштейн, более известный своей современной теорией относительности, посеял важные семена квантовой механики в 1905 году, в том же году, когда он опубликовал свою первую статью по специальной теории относительности. Его объяснение фотоэлектрического эффекта послужило основанием для присуждения ему Нобелевской премии в 1921 году. Хотя другие его вклады в теоретическую физику также были отмечены этой наградой, специальная и общая теория относительности не получили полного признания, несмотря на то, что были частично подтверждены экспериментом. к 1921. Несмотря на то, что этот великий человек почитается как герой, он так и не получил Нобелевской премии за свою самую известную работу — теорию относительности.

Пример 1. Расчет энергии фотона и фотоэлектрического эффекта: фиолетовый свет

1. Какова энергия в джоулях и электрон-вольтах фотона фиолетового света с длиной волны 420 нм?

2. Какова максимальная кинетическая энергия электронов, выбрасываемых из кальция фиолетовым светом с длиной волны 420 нм, если энергия связи (или работа выхода) электронов для металлического кальция равна 2,71 эВ?

Стратегия

Чтобы решить часть 1, обратите внимание, что энергия фотона определяется как E  =  hf . В Части 2 после расчета энергии фотона можно просто применить KE _e = hf − BE , чтобы найти максимальную кинетическую энергию выброшенного электрона, поскольку BE задано.

Решение для Части 1

Энергия фотона определяется как E = hf .

Поскольку нам дана длина волны, а не частота, мы решаем известное соотношение 9{-19}\text{ J}}=2,96\text{ эВ}\\[/latex]

Решение для части 2

Определение кинетической энергии выбитого электрона теперь является простым применением уравнения KE _e = hf − BE. Подстановка энергии фотона и энергии связи дает KE _e = hf − BE = 2,96 эВ − 2,71 эВ = 0,246 эВ.

Обсуждение

Энергия этого фотона фиолетового света с длиной волны 420 нм составляет ничтожную долю джоуля, поэтому неудивительно, что нам будет трудно непосредственно ощутить отдельный фотон — люди более приспособлены к энергиям на порядка джоулей. Но глядя на энергию в электрон-вольтах, мы видим, что у этого фотона достаточно энергии, чтобы воздействовать на атомы и молекулы. Например, молекула ДНК может быть разрушена с энергией около 1 эВ, а типичные атомные и молекулярные энергии имеют порядок эВ, так что УФ-фотон в этом примере может иметь биологические эффекты. Выброшенный электрон (называемый фотоэлектрон ) имеет довольно низкую энергию, и он не мог бы путешествовать далеко, кроме как в вакууме. Электрон был бы остановлен тормозящим потенциалом всего лишь 0,26 эВ. На самом деле, если бы длина волны фотона была больше, а его энергия меньше 2,71 эВ, то формула давала бы отрицательную кинетическую энергию, что невозможно. Это просто означает, что фотоны с длиной волны 420 нм и их энергией 2,96 эВ ненамного превышают частотный порог. Вы можете сами показать, что пороговая длина волны составляет 459 нм (синий свет). Это означает, что если в люксметре используется металлический кальций, то он будет нечувствителен к длинам волн больше, чем у синего света. Например, такой экспонометр был бы совершенно нечувствителен к красному свету.

PhET Explorations: Photoelectric Effect

Посмотрите, как свет выбивает электроны из металлической мишени, и воссоздайте эксперимент, который породил область квантовой механики.

Нажмите, чтобы загрузить симуляцию. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

• Фотоэлектрический эффект — это процесс, при котором электромагнитное излучение выбрасывает электроны из материала.
• Эйнштейн предположил, что фотоны являются квантами электромагнитного излучения с энергией E   = hf , где f — частота излучения.
• Все электромагнитное излучение состоит из фотонов. Как объяснил Эйнштейн, все характеристики фотоэффекта обусловлены взаимодействием отдельных фотонов с отдельными электронами.
• Максимальная кинетическая энергия KE _e  выброшенных электронов (фотоэлектронов) определяется выражением KE _e = hf − BE, где hf  – энергия связи фотона, а BE – энергия связи функция) электрона к конкретному материалу.

Концептуальные вопросы

1. Является ли видимый свет единственным типом электромагнитного излучения, которое может вызывать фотоэффект?
2. Какие аспекты фотоэффекта нельзя объяснить без фотонов? Что можно объяснить без фотонов? Несовместимы ли последние с существованием фотонов?
3. Является ли фотоэлектрический эффект прямым следствием волнового характера ЭМ излучения или корпускулярного характера ЭМ излучения? Объясните кратко.
4. Изоляторы (неметаллы) имеют более высокий BE, чем металлы, и фотонам труднее выбрасывать электроны из изоляторов. Обсудите, как это связано со свободными зарядами в металлах, которые делают их хорошими проводниками.
5. Если вы возьмете и встряхнете кусок металла, в котором есть электроны, свободно движущиеся в виде тока, электроны не выпадут. Но если нагреть металл, электроны могут испариться. Объясните оба эти факта, поскольку они относятся к количеству и распределению энергии, связанной с сотрясением объекта по сравнению с его нагревом.

Задачи и упражнения

1. Какое электромагнитное излучение с наибольшей длиной волны может выбить фотоэлектрон из серебра, если энергия связи равна 4,73 эВ? Это в видимом диапазоне?
2. Найдите фотон с наибольшей длиной волны, который может выбить электрон из калия, если энергия связи равна 2,24 эВ. Это видимое ЭМ излучение?
3. Чему равна энергия связи электронов в магнии в эВ, если самый длинноволновый фотон, который может выбрасывать электроны, составляет 337 нм?
4. Рассчитайте энергию связи электронов в алюминии в эВ, если фотон с наибольшей длиной волны, который может их выбросить, составляет 304 нм.
5. Какова максимальная кинетическая энергия в эВ электронов, выбитых из металлического натрия электромагнитным излучением с длиной волны 450 нм, при условии, что энергия связи равна 2,28 эВ?
6. УФ-излучение с длиной волны 120 нм падает на металлическое золото, с которым связаны электроны с энергией 4,82 эВ. Какова максимальная кинетическая энергия вылетевших фотоэлектронов?
7. Фиолетовый свет с длиной волны 400 нм выбрасывает электроны с максимальной кинетической энергией 0,860 эВ из металлического натрия. Чему равна энергия связи электронов с металлическим натрием?
8. УФ-излучение с длиной волны 300 нм падает на металлический уран, выбрасывая электроны с энергией 0,500 эВ. Какова энергия связи электронов с металлическим ураном?
9. (a) Какова длина волны электромагнитного излучения, которое выбрасывает электроны с энергией 2,00 эВ из металлического кальция, учитывая, что энергия связи равна 2,71 эВ? б) Какой это тип электромагнитного излучения?
10. Найдите длину волны фотонов, выбрасывающих электроны с энергией 0,100 эВ из калия, если энергия связи равна 2,24 эВ. Видны ли эти фотоны?
11. Какова максимальная скорость электронов, выбрасываемых из материала фотонами с длиной волны 80 нм, если они связаны с материалом на 4,73 эВ?
12. Фотоэлектроны из материала с энергией связи 2,71 эВ выбрасываются фотонами с длиной волны 420 нм. Сколько времени потребуется этим электронам после выброса, чтобы пройти 2,50 см до устройства обнаружения?
13. Лазер с выходной мощностью 2,00 мВт на длине волны 400 нм проецируется на металлический кальций. а) Сколько электронов выбрасывается в секунду? б) Какую мощность уносят электроны, если энергия связи равна 2,71 эВ?
14. (a) Рассчитайте количество фотоэлектронов в секунду, выбрасываемых из металлического натрия площадью 1,00 мм 2 под действием электромагнитного излучения с длиной волны 500 нм и интенсивностью 1,30 кВт/м ² (интенсивность солнечного света над земной атмосферой). б) Учитывая, что энергия связи равна 2,28 эВ, какую мощность уносят электроны? в) Электроны уносят меньше энергии, чем вносят фотоны. Куда уходит другая сила? Как его можно восстановить?
15. Необоснованные результаты.  Красный свет с длиной волны 700 нм проецируется на металлический магний, с которым электроны связаны на 3,68 эВ. (a) Используйте KE _e = hf − BE для расчета кинетической энергии выброшенных электронов. б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения являются необоснованными или непоследовательными?
16. Необоснованные результаты.

    No related posts.