Красная граница фотоэффекта это – Фотоэффект. Красная граница фотоэффекта.

Фотоэффект. Красная граница фотоэффекта.

Фотоэффектомназывается испускание веществом электронов при поглощении им квантов электромаг­нитного излучения (фотонов).

Крас­ная гра­ни­ца фо­то­эф­фек­та

Крас­ной гра­ни­цей фо­то­эф­фек­та на­зы­ва­ет­ся ми­ни­маль­ная ча­сто­та и со­от­вет­ству­ю­щая ей мак­си­маль­ная длина волны, при ко­то­рой на­блю­да­ет­ся фо­то­эф­фект. По­че­му она так на­зы­ва­ет­ся – крас­ная гра­ни­ца?

Если мы возь­мем свет такой ча­сто­ты, при ко­то­рой будет на­блю­дать­ся фо­то­эф­фект, и будем ее умень­шать, мы будем по оси ча­сто­ты сме­щать­ся влево, пока не дой­дем до пре­де­ла, при ко­то­ром фо­то­эф­фект пре­кра­тит­ся. Можно по­ста­вить рядом ось длин волн.

Если мы будем так же сме­щать­ся в ви­ди­мом спек­тре, то мы будем дви­гать­ся к крас­но­му свету, ко­то­рый яв­ля­ет­ся гра­нич­ным для на­ше­го глаза. Свет мень­ших ча­стот или бόльших длин волн мы уже не видим. Гра­ни­ца ви­ди­мо­сти со­от­вет­ству­ет крас­но­му цвету.

Для фо­то­эф­фек­та пре­дель­ная ча­сто­та не обя­за­тель­но со­от­вет­ству­ет крас­но­му цвету, но по ана­ло­гии на­зы­ва­ет­ся крас­ной гра­ни­цей (см. рис. 11).

Рис. 11. Крас­ная гра­ни­ца фо­то­эф­фек­та и гра­ни­ца спек­тра ви­ди­мо­го света

– крас­ная гра­ни­ца фо­то­эф­фек­та.

32) Уравнение Эйнштейна. Технические устройства основанные на использовании фотоэффекта.

Уравнение Эйнштейна описывает связь между энергией и массой любого вещества.

Если

E	энергия (тела, излучения, поля и т. д.)	Дж
m	масса, отвечающая энергии E,	кг
c	скорость света в вакууме, 3 × 108	м/с

то

Каждой массе соответствует определенная энергия и наоборот. Каждому изменению массы соответствует определенное изменение энергии и наоборот.

Практическое применение фотоэффекта в технике может быть разнообразным. В частности, внешний фотоэффект применяется для воспроизведения звука, например, в кино. Кроме того, созданы специальные приборы для измерения яркости, силы света, освещенности. Явление фотоэффекта задействовано в управлении производственными процессами. Для этого есть специальные приборы, называемые фотоэлементами.

Атомная и ядерная физика

33)Строение атома: планетарная модель и модель Бора. Квантовые постулаты Бора.

Поглощение и испускание света атомом. Квантование энергии.

Атомная и ядерная физика — раздел физики, изучающий строение атома и атомного ядра и процессы, связанные с ними.

Постулаты Бора:1.Атом может находиться в особых квантовых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует своя определенная энергия. В этих состояниях атом не излучает (и не поглощает) энергию.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое он по­глощает (или излучает) фотон с энергией hνn = Ек —Еn Ек, Еn — энер­гии стационарных состояний	поглощение	излучение
Таким образом квантовая теория объясняет линейчатость спектров

два постулата.

• 1. Атом может находиться только в особых, стационарных состояниях. Каждому состоянию соответствует определённое значение энергии — энергетический уровень. Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает и не поглощает

Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Номера стационарных орбит и энергетических уровней (начиная с первого) в общем случае обозначаются латинскими буквами: п, k и т. д. Радиусы орбит, как и энергии стационарных состояний, могут принимать не любые, а определённые дискретные значения. Первая орбита расположена ближе всех к ядру.

• 2. Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Е_к в стационарное состояние с меньшей энергией Е_n

Согласно закону сохранения энергии, энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hv = E_k — E_n.

Из этого уравнения следует, что атом может излучать свет только с частотами

Атом может также поглощать фотоны. При поглощении фотона атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией.Состояние атома, в котором все электроны находятся на стационарных орбитах с наименьшей возможной энергией, называется основным. Все другие состояния атома называются возбуждёнными.У атомов каждого химического элемента имеется свой характерный набор энергетических уровней. Поэтому переходу с более высокого энергетического уровня на более низкий будут соответствовать характерные линии в спектре испускания, отличные от линий в спектре другого элемента.Совпадение линий излучения и поглощения в спектрах атомов данного химического элемента объясняется тем, что частоты волн, соответствующих этим линиям в спектре, определяются одними и теми же энергетическими уровнями. Поэтому атомы могут поглощать свет только тех частот, которые они способны излучать.

Некоторые физические величины, относящиеся к микрообъектам, изменяются не непрерывно, а скачкообразно. О величинах, которые могут принимать только вполне определенные, то есть дискретные значения (латинское «дискретус» означает разделенный, прерывистый), говорят, что они квантуются.Электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций — квантов — энергии. Значение одного кванта энергии равно

ΔE = hν,

где ΔE — энергия кванта, Дж; ν — частота, с-1; h — постоянная Планка (одна из фундаментальных постоянных природы), равная 6,626·10−34 Дж·с.
Кванты энергии впоследствии назвали фотонами.Идея о квантовании энергии позволила объяснить происхождение линейчатых атомных спектров, состоящих из набора линий, объединенных в серии.
водорода.



infopedia.su

Фотоэффект формулы, определение. Закон Эйнштейна для фотоэффекта. Красная граница

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.

Рис. 1. Фотоэффект

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)

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)

Красная граница фотоэффекта (

) — частота излучения (фотона), ниже которой фотоэффект не происходит.

Аналогично можно ввести:

www.abitur.by

Формула Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта

Возьмем металлическую пластинку и направим на нее луч света. При этом электроны будут покидать поверхность пластинки, то есть свет выбивает электроны из вещества.

Если мы будем уменьшать частоту излучения, в какой-то момент электроны перестанут покидать металл. Возникает вопрос: почему так?

Еще один вопрос: если увеличивать интенсивность света, будет вырываться больше электронов с прежней энергией или столько же электронов с большей энергией? С помощью модели света как электромагнитной волны на эти вопросы ответить нельзя.

Есть другая модель – квантовая, предложенная Планком. Мы с ней уже знакомы, она предполагает, что излучение дискретно. Энергия излучается и поглощается отдельными порциями – квантами. С ее помощью мы и будем объяснять явление фотоэффекта.

Если считать свет потоком частиц – квантов, то становится понятно: один квант поглощается одним электроном. Логично предположить, что сколько квантов поглотилось, столько электронов подверглись воздействию. Квант световой энергии передается электрону (см. рис. 1).

Рис. 1. Поглощение электроном кванта световой энергии

И если кванта световой энергии для выхода электрона недостаточно, электрон не выбивается, а остается в металле. Если энергии достаточно, лишняя энергия передаётся электрону в виде кинетической энергии его движения после выхода из металла (см. рис. 2).

Рис. 2. Условие выхода электрона из металла 

---

Квант

По определению, квант – это неделимая порция какой-либо величины в физике. Мы сегодня рассматриваем кванты, то есть порции, световой энергии. Мы говорим, например, что энергия фотона равна одному кванту (одной порции, равной ).

Часто «квант» употребляется в значении неделимой порции излучения, в том же значении, что и «фотон». Тогда имеет смысл говорить об энергии одного кванта излучения. Мы будем употреблять слово «квант» в обоих значениях в зависимости от контекста, как нам удобно выражать мысли.

---

 

Эта закономерность отражена в уравнении Эйнштейна для фотоэффекта, которое выглядит так:

 – это работа выхода – минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Квант энергии света  расходуется на совершение работы выхода  и на сообщение электрону кинетической энергии. По сути, уравнение Эйнштейна является реализацией закона сохранения энергии.

 

---

Почему мы рассматриваем металлы

Мы сегодня говорим о выбивании светом электронов с поверхности металла. А что если будет другое вещество, не металл? Давайте рассмотрим, что будет, если свет будет падать на диэлектрик. Ничего нового: квант энергии так же поглотится электроном (см. рис. 3).

Рис. 3. Поглощение кванта электроном

Однако в диэлектрике нет свободных электронов, они входят в состав атомов, и, чтобы электрон покинул атом, нужна энергия намного большая, чем энергия фотона видимого света (см. рис. 4).

Рис. 4. Поглощение намного большей энергии электроном для его выхода из атома

Если мы будем облучать полупроводник, то энергия фотона может пойти на разрушение ковалентной связи между атомами (см. рис. 5), вследствие чего образуется пара электрон – дырка. Что это такое, вы можете вспомнить, обратившись к урокам об электрическом токе в полупроводниках.

Рис. 5. Разрушение ковалентной связи

В металлах, помимо электронов на атомных орбитах, как в диэлектриках, есть свободные электроны, и они могут покинуть поверхность металла. Для этого им нужно преодолеть притяжение кристаллической решетки, которая состоит из положительно заряженных ионов (см. рис. 6).

Рис. 6. Покидание поверхности металла свободным электроном

Выбивание именно таких электронов под действием света мы сегодня и изучаем.

---

 

Теперь понятно, почему возникает порог. Чтобы электрон покинул поверхность металла, нужен один фотон с достаточной для этого энергией. Много фотонов с малой энергией электрон не выбьют.

Этот пример подобен примеру с собакой, которая пытается перепрыгнуть через двухметровый забор. Ей для этого нужно прыгнуть один раз на высоту два метра. Если она будет прыгать на один метр хоть целый день, забор она не перепрыгнет, независимо от суммарной затраченной энергии.

Еще один пример: невысоко расположенная ветка, на которой висят яблоки. Попробуем камнем сбить яблоко. Чтобы яблоко оторвалось, нужно совершить работу по разрыву черенка. При энергии камня, меньшей, чем эта работа, яблоко не оторвется. Если энергия камня будет как раз достаточна для отрыва яблока, оно упадёт сразу под веткой (см. рис. 7).

Рис. 7. Энергия камня достаточна для отрыва яблока

Если будем бросать камни сильнее, с большей энергией, то яблоки будут не просто падать, а отлетать от ветки. Избыточная энергия камня, оставшаяся после разрыва черенка, перейдет в кинетическую энергию яблока.

При фотоэффекте наблюдаются те же процессы, только вместо камня – фотон с энергией , а вместо яблок – электроны (см. рис. 8).

Рис. 8. Пример фотоэффекта

Яблоко может быть спелым, тогда для отрыва его черенка требуется меньшая работа, чем когда яблоко еще не созрело. Работа выхода электрона зависит от материала и состояния поверхности: какой-то материал лучше держит электроны, а от какого-то оторвать электрон легче (см. рис. 9).

Рис. 9. Красная граница фотоэффекта для некоторых веществ

Работу выхода можно определить экспериментально: можно освещать материал светом с разной энергией фотонов и заметить, при какой энергии фотонов фотоэффект начинает протекать (см. рис. 10).

Рис. 10. Экспериментальное определение работы выхода

С этим всё понятно: количество электронов, покинувших металл, определяется количеством попавших на него фотонов, а кинетическая энергия электрона, если он вообще покинет материал, определяется энергией одного фотона.

Но не можем же мы сосчитать количество фотонов. И непосредственно энергию одного фотона измерять мы не будем. Эти параметры можно вычислить, а измеряем мы интенсивность света, частоту, длину волны.

Энергия одного кванта излучения определяется частотой, . Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота  света больше некоторого минимального значения , потому что кванта энергии должно хватить на совершение работы выхода: .

Предельную частоту и соответствующую ей длину волны _max называют красной границей фотоэффекта.

 

---

Красная граница фотоэффекта

Красной границей фотоэффекта называется минимальная частота и соответствующая ей максимальная длина волны, при которой наблюдается фотоэффект. Почему она так называется – красная граница?

Если мы возьмем свет такой частоты, при которой будет наблюдаться фотоэффект, и будем ее уменьшать, мы будем по оси частоты смещаться влево, пока не дойдем до предела, при котором фотоэффект прекратится. Можно поставить рядом ось длин волн.

Если мы будем так же смещаться в видимом спектре, то мы будем двигаться к красному свету, который является граничным для нашего глаза. Свет меньших частот или бόльших длин волн мы уже не видим. Граница видимости соответствует красному цвету.

Для фотоэффекта предельная частота не обязательно соответствует красному цвету, но по аналогии называется красной границей (см. рис. 11).

Рис. 11. Красная граница фотоэффекта и граница спектра видимого света

Запишем уравнение Эйнштейна для этого случая. Т. к. энергии такого кванта хватает только на то, чтобы выбить электрон, и на его разгон энергии уже нет (см. рис. 12), составляющая  будет равна нулю:

,
 – красная граница фотоэффекта.

Рис. 12. Зависимость кинетической энергии фотоэлектрона от частоты падающего света

Частота или длина волны, соответствующие красной границе фотоэффекта, зависят от вещества и определяются величиной работы выхода электрона из данного вещества (см. рис. 13).

Рис. 13. Зависимость частоты (длины волны) от вещества

Суммарная энергия квантов  в световом потоке, падающем на металл, – это интенсивность света. Если мы изменяем интенсивность света данной частоты, то это значит, что мы изменяем количество фотонов, а значит, и количество фотоэлектронов. Скорость каждого выбитого из металла электрона от интенсивности света не зависит.

Красная граница фотоэффекта для калия . Какую максимальную скорость могут иметь фотоэлектроны, вылетающие с поверхности калиевого фотокатода при облучении его светом с диной волны ?

Анализ условия.

— В задаче описан фотоэффект, значит, будем использовать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: .

— Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота, при которой наблюдается фотоэффект, при этом энергии фотона хватает только на выбивание электрона из вещества, но кинетическая энергия электрону не сообщается: .

— Мы легко переходим от частоты к длине волны, используя формулу .

Решение

Применим к данной задаче уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и выражение для красной границы. В задаче заданы значения длин волн, поэтому сразу перейдем от частот к длинам волн по формуле . Запишем: 

Получили систему уравнений, решив которую, найдем максимальную скорость электрона. Получим ответ около 580 км/с.

 

---

Математическая часть решения задачи

Подставим выражение для работы выхода из второго уравнения в первое:

Выразим отсюда искомую скорость:

Вычислим:

Свет сообщает электрону энергию и выбивает его из металла (см. рис. 14).

Рис. 14. Выход электрона из металла

Что это нам дает? Электрон мы можем зарегистрировать. Если есть свободные электроны, то можно создать электрическое поле, которое заставит их двигаться и создаст электрический ток (см. рис. 15).

Рис. 15. Возникновение электрического тока

Что делать с ним дальше – задача электроники; мы можем ток измерить, преобразовать, передать на расстояние и т. д. Главное, что энергия света передалась электрону, свет преобразовался в электричество.

А это значит, что можно сделать датчик света, который определял бы его наличие по наличию фотоэффекта, его интенсивность по количеству фотоэлектронов.

Такие устройства – это фотоэлементы, в которых световой поток управляет электрическим током или преобразуется в электрическую энергию. Фотоэлементы находят множество применений в быту и в технике. Например, они считывают информацию, записанную на звуковой дорожке кинопленки, обнаруживают проход безбилетника в метро (при пересечении невидимого луча прекращается ток в фотоэлементе (см. рис. 16)), замечают задымление в помещении и т. п.

Рис. 16. Принцип турникетов в метро

Мы рассмотрели один случай – что происходит при передаче электрону энергии фотона – электрон покидает вещество. Но в общем случае он может покинуть атом вещества и стать свободным носителем заряда внутри вещества (это явление называется внутренним фотоэффектом) (см. рис. 17).

Рис. 17. Внутренний фотоэффект

Излучение можно использовать как информационный сигнал. К примеру, пульт дистанционного управления телевизором посылает управляющие сигналы в виде инфракрасного (невидимого для наших глаз) излучения (см. рис. 18), которое воспринимается фотоэлементом на передней панели телевизора.

Рис. 18. Инфракрасное излучение

Невидимые электромагнитные сигналы пульта ведут себя так же, как видимый свет. Вы можете убедиться в этом, попытавшись переключать каналы, направляя пульт не на телевизор, а на его изображение в зеркале.

Электрон покидает атом, становится свободным, и в цепи начинает течь фототок. Он и осуществляет нужные переключения в электрической цепи телевизора.

При поглощении энергии света электронами может возникнуть ЭДС, что используется в солнечных батареях, а это еще одно очень перспективное применение фотоэффекта.

На этом наш урок окончен. Спасибо за внимание!

 

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.

2. Касьянов В.А. Физика 11 кл. учебник для общеобразоват. учреждений. – 4-е изд. – М.: Дрофа, 2004.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт fmclass.ru (Источник)    

2. Интернет-сайт объединения учителей физики Санкт-Петербурга (Источник)

3. Интернет-сайт Единой коллекции ЦОР (Источник)     

 

Домашнее задание

1. Что такое красная граница фотоэффекта? Как ее определить по известной работе выхода?

2. Что такое внутренний фотоэффект?

3. Что такое квант?

interneturok.ru

Красная граница фотоэффекта — это… Что такое Красная граница фотоэффекта?



Красная граница фотоэффекта

Категория:

• Квантовая механика

Wikimedia Foundation. 2010.

• Броневой, Леонид Сергеевич
• Снеговая линия

Смотреть что такое «Красная граница фотоэффекта» в других словарях:

• красная граница фотоэмиссии — порог фотоэлектронной эмиссии; отрасл. красная граница фотоэмиссии; длинноволновый порог фотоэффекта Наименьшая частота излучения, падающего на поверхность тела, при которой имеет место фотоэлектронная эмиссия …   Политехнический терминологический толковый словарь

• длинноволновая граница фотоэффекта — красная граница Наибольшая длина волны излучения, способного вызывать фотоэффект в данном веществе. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] Тематики… …   Справочник технического переводчика

• Граница — Граница  реальная или воображаемая линия, определяющая пределы какого либо субъекта или объекта и отделяющая этот субъект или объект от других. Населённые пункты Граница село в Кюстендилской области Болгарии. Граница бывший посёлок в… …   Википедия

• ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА — (законы Эйнштейна для (см.)) отражают результат трёх последовательных процессов: а) поглощение фотона и появление электрона с высокой (по сравнению со средней) энергией; б) движение этого электрона к поверхности, при котором часть энергии может… …   Большая политехническая энциклопедия

• длинноволновый порог фотоэффекта — порог фотоэлектронной эмиссии; отрасл. красная граница фотоэмиссии; длинноволновый порог фотоэффекта Наименьшая частота излучения, падающего на поверхность тела, при которой имеет место фотоэлектронная эмиссия …   Политехнический терминологический толковый словарь

• Фотоэффект —     Квантовая механика …   Википедия

• Фотоэлектронная эмиссия — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение … Математическая формулировка … Основа …   Википедия

• Внутренний фотоэффект — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение … Математическая формулировка … Основа …   Википедия

• Фотовольтаический эффект — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение … Математическая формулировка … Основа …   Википедия

• Фотоэлектрический эффект — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение … Математическая формулировка … Основа …   Википедия

dic.academic.ru

Красная граница фотоэффекта — Howling Pixel

«Кра́сная» грани́ца фотоэффе́кта — наименьшая частота νmin{\displaystyle \nu _{min}} (наибольшая длина волны λmax{\displaystyle \lambda _{max}}) света, при которой ещё возможен внешний фотоэффект, то есть начальная кинетическая энергия фотоэлектронов больше нуля. Частота νmin{\displaystyle \nu _{min}} зависит только от работы выхода Aout{\displaystyle A_{out}} электрона:

νmin=Aouth{\displaystyle \nu _{min}={\frac {A_{out}}{h}}}

λmax=hcAout{\displaystyle \lambda _{max}={\frac {hc}{A_{out}}}}

где Aout{\displaystyle A_{out}} — работа выхода для конкретного фотокатода, h — постоянная Планка, а с — скорость света. Работа выхода Aout{\displaystyle A_{out}} зависит от материала фотокатода и состояния его поверхности. Испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на фотокатод падает свет с частотой ν=νmin{\displaystyle \nu =\nu _{min}} или с длиной волны λ=λmax{\displaystyle \lambda =\lambda _{max}}.

Красная граница фотоэффекта для некоторых веществ

Вещество	Красная граница[1]
Барий	484 нм
Барий в вольфраме	1130 нм
Вольфрам	272 нм
Германий	272 нм
Никель	249 нм
Окись бария	1235 нм
Платина	190 нм
Рубидий	573 нм
Серебро	261 нм
Торий на вольфраме	471 нм
Цезий	662 нм
Цезий на вольфраме	909 нм
Цезий на платине	895 нм

См. также

Примечания

1. ↑ Краткий справочник по физике. Енохович А. С. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1976. — 288с. (см.стр 164)

Фотоэффект

Фотоэффе́кт или фотоэлектрический эффект — явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества. В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний (поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела) и внутренний (электроны, оставаясь в теле, изменяют в нем своё энергетическое состояние) фотоэффект. Фотоэффект в газах состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения.

Законы внешнего фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта (закона Столетова): Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-й закон фотоэффекта: для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности существует граничная частота света, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта.

Кроме того, фотоэффект обладает свойством практической безынерционности. Он немедленно возникает при освещении поверхности тела, при условии, что частота света выше или равна красной границе фотоэффекта и эффект существует.

Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода A, покидает металл: hν=A+Wk,{\displaystyle h\nu =A+W_{k},} где Wk{\displaystyle W_{k}} — максимальная кинетическая энергия, которую имеет электрон при вылете из металла.

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.

howlingpixel.com

красная граница и задерживающее напряжение

В этой статье будем рассчитывать красную границу фотоэффекта, скорости электронов и задерживающее напряжение.

Задача 1. С какой скоростью вылетают электроны с поверхности цезия при освещении желтым светом с длиной волны нм?
Скорость фотоэлектрона равна

   

Красная граница фотоэффекта для цезия равна нм.

Подставим числа:

   

Ответ: м/с.
Задача 2. Цезиевый катод фотоэлемента освещают светом натриевой лампы с длиной волны нм. Определить скорость вырываемых из катода фотоэлектронов, если красная граница фотоэффекта для цезия нм.

Из предыдущей задачи скорость равна

   

Ответ: м/с.

Задача 3. Если поочередно освещать поверхность металла излучением с длинами волн нм и нм, то максимальные скорости фотоэлектронов будут отличаться в раза. Определить работу выхода электрона из этого металла.

Из предыдущей задачи:

   

   

Отношение скоростей:

   

   

Возведем в квадрат:

   

   

   

   

   

Работа выхода равна:

   

Чтобы числитель и знаменатель имели положительные знаки, преобразуем еще раз и подставим числа:

   

Или в электронвольтах

Ответ: Дж, или 1,88 эВ.

Задача 4. Для некоторого металла красная граница фотоэффекта в раза меньше частоты падающего излучения. Определить работу выхода электрона из данного металла, если максимальная скорость фотоэлектронов равна м /с.

Если частота красной границы фотоэффекта меньше частоты падающего излучения, то длина волны – больше.

   

Или

   

Уравнение фотоэффекта:

   

Подставим :

   

   

   

Или в электронвольтах

Ответ: Дж, или 5,12 эВ.

Задача 5. Какую максимальную скорость будут иметь фотоэлектроны при облучении поверхности цинка ультрафиолетовым излучением с энергией квантов в раза большей работы выхода?

Работа выхода для цинка равна .

Уравнение фотоэффекта:

   

Или

   

   

   

   

Ответ: м/с.
Задача 6. Определить, во сколько раз частота излучения, вызывающего фотоэффект с поверхности некоторого металла, больше красной границы фотоэффекта, если работа выхода электрона из этого металла в раза больше максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.

Уравнение фотоэффекта:

   

Или

   

   

   

   

Ответ: .

Задача 7. При некотором минимальном значении задерживающей разности потенциалов фототок с поверхности лития, освещаемого светом с длиной волны , прекращается. Изменив длину волны света в раза, установили, что для прекращения фототока достаточно увеличить задерживающую разность потенциалов в раза. Вычислить .

   

Работа выхода для лития равна .

А для второй частоты

   

Тогда

   

   

Приравняем:

   

   

   

   

   

Ответ: нм.

easy-physic.ru

понятие о фотоэффекте, уравнение Эйнштейна, пример решения задачи

В конце XIX века Генрих Герц открыл явление, позволяющее из световой энергии добывать электричество. Оно получило название фотоэффекта. В данной статье рассмотрим подробнее этот эффект, а также ответим на вопрос, что такое красная граница фотоэффекта.

Понятие о фотоэффекте

Перед тем, как ответить на вопрос, что такое красная граница фотоэффекта, необходимо поближе познакомиться с этим физическим явлением. Как можно объяснить это явление? Определение фотоэффекту можно дать следующее: это процесс образования свободных от атомных ядер электронов в результате облучения вещества светом.

Этот эффект был открыт в 1887 году Герцем. В 1888 году русский физик, Александр Столетов, провел ряд опытов, в которых показал, что этот процесс возникает мгновенно после попадания света на пластину конденсатора. Также ученый установил первый закон фотоэффекта: увеличение интенсивности света приводит к линейному росту тока в цепи.

В 1905 году Эйнштейн опубликовал статью, в которой объяснил фотоэффект квантовым характером взаимодействия света с веществом.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Современное понимание фотоэффекта можно описать в виде следующей модели: падая на вещество, фотон встречается с электроном некоторого атома, электрон полностью поглощает фотон, принимая от него всю энергию. Если эта энергия больше некоторого значения, то электрон выходит за область притяжения атомного ядра и становится свободным.

Описанный процесс выражается следующим равенством энергий:

h*v = A + E_k

Здесь h — постоянная Планка , v — частота фотона, A — энергия, которую нужно затратить, чтобы «вырвать» из атома электрон, E_k — кинетическая энергия свободного электрона.

Что такое красная граница фотоэффекта?

Обратим внимание на уравнение Эйнштейна, приведенное в предыдущем пункте. Из него следует, что если энергия фотона будет меньше работы выхода электрона, то никакого фотоэффекта происходить не будет. Это означает, что явление наблюдается только в том случае, если:

h*v ≥ A.

Частота v₀, соответствующая величине A, получила название красной границы фотоэффекта. Длина волны, соответствующая ей, вычисляется по формуле:

λ₀ = c/v₀ или λ₀ = c*h/A.

Здесь c — это скорость света. Поскольку рассматриваемое явление наблюдается только для длин волн света меньших, чем λ₀, то становится понятным, почему это значение называют «красная граница» (красный цвет является верхней границей по длине волны для видимого человеком спектра).

Если говорить о λ₀ для металлов, то облучение красным цветом не может привести к появлению фотоэффекта ни для одного из них, поскольку энергия «красных» фотонов слишком низка, чтобы «вырвать» электрон из атома. Наибольшим значением λ₀ обладают щелочные металлы. Для них красная граница находится в области зеленого и желтого цвета (λ₀≈520-580 нм).

Решение задачи на определение типа элемента

Разобравшись, что такое красная граница фотоэффекта, решим одну интересную задачу для закрепления полученных знаний. Это поможет лучше разобраться в этом физическом явлении.

В некоторой лаборатории решили воспользоваться фотоэффектом для определения вида химического элемента. До начала эксперимента было установлено, что это щелочной металл первой группы таблицы Д. И. Менделеева. Изменяя значение длины волны света, которым облучали металл, определили, что фотоэффект начинает наблюдаться при 525 нм. С каким элементом работали в лаборатории?

Выпишем соответствующую формулу для красной границы фотоэффекта:

λ₀ = c*h/A

Откуда получаем:

A = c*h/λ₀

Подставляя соответствующие константы и значение λ₀ в выражение, получаем значение работы выхода электрона для неизвестного щелочного металла:

A = c*h/λ₀ = 3*10⁸*4,13567*10^-15/(525*10^-9) = 2,363 эВ

Отметим, что значение постоянной Планка было подставлено в единицах эВ*с.

Работа выхода электрона A является уникальной характеристикой для каждого химического элемента. Ее можно посмотреть в соответствующей таблице. Так, для щелочных металлов характерны такие значения в эВ:

• Li 2,93;
• Na 2,36;
• K 2,29;
• Cs 2,14;
• Rb 2,26.

Эти данные показывают, что найденное нами значение A соответствует натрию.

fb.ru