Фотоэффект
Введение
Фотоэффект — это явление, при котором электроны вещества могут выбиваться из атомов под действием света. Это явление было открыто в конце XIX века и стало одним из первых доказательств того, что свет обладает не только волновыми, но и корпускулярными свойствами. В данной статье мы рассмотрим основные понятия и законы фотоэффекта, а также его применение в науке и технике.
Основные понятия
Для понимания фотоэффекта необходимо знать следующие основные понятия:
Законы фотоэффекта
На основе экспериментальных данных были сформулированы следующие законы фотоэффекта:
Эти законы были подтверждены экспериментально и стали основой для развития теории фотоэффекта.
Теория фотоэффекта
Теория фотоэффекта была разработана Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Он предположил, что энергия фотона hν полностью передаётся одному электрону вещества, который затем вылетает из атома. Если энергия фотона меньше работы выхода, то фотоэффект не происходит. Если же энергия фотона больше работы выхода, то электрон получает кинетическую энергию mv²/2, где m — масса электрона, v — его скорость. Таким образом, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта имеет вид: hν = Aвых + mv²/2.
Это уравнение объясняет все основные законы фотоэффекта и позволяет рассчитать кинетическую энергию фотоэлектронов. Оно также показывает, что фотоэффект является квантовым явлением, так как энергия фотона передаётся электрону целиком, без дробления на части.
Применение фотоэффекта
Фотоэффект находит широкое применение в различных областях науки и техники. Вот некоторые примеры:
Таким образом, фотоэффект — это важное физическое явление, которое имеет большое значение для науки и техники.
Вопросы для самоконтроля
Примеры задач
Задача 1. Определите работу выхода электрона из металла, если красная граница фотоэффекта равна 600 нм.Решение: По формуле красной границы фотоэффекта λкр = hc/Aвых находим работу выхода: Aвых = hc/λкр ≈ 2 эВ. Ответ: 2 эВ.
Задача 2. Найдите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетевших из калия под действием света с длиной волны 400 нм, если работа выхода равна 2,2 эВ.Решение: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта hν = Aвых + mv². Для калия h = 6,63·10⁻³₄ Дж·с, m = 9,1·10⁻³¹ кг. Тогда mv² = hν - Aвых ≈ 3,7 эВ. Кинетическая энергия равна mv²/2 ≈ 1,85 эВ. Ответ: ≈ 1,85 эВ.