Красная граница фотоэффекта – формула, уравнение, условия кратко как определяется

Красная граница фотоэффекта

Фотоэффект — это выбивание из атомов вещества электронов под действием электромагнитного излучения. Как показывают опыты, излучение, необходимое для этого явления должно отвечать важному условию, называемому «красной границей фотоэффекта».

Красная граница фотоэффекта – формула, уравнение, условия кратко как определяется

Явление фотоэффекта

Свет, хотя и является электромагнитной волной, существует только в виде порций-квантов (фотонов). Испускание или поглощение фотонов происходит только целиком. Каждый фотон несет некоторую энергию, зависящую от его частоты, равную ($h$ — постоянная Планка):

$$E=hnu$$

Явление фотоэффекта состоит в том, что электроны в атоме поглощают кванты электромагнитного излучения и приобретают дополнительную энергию, достаточную для разрыва связей с ядром. В результате электрон покидает свою орбиту и либо становится свободным электроном в веществе (внутренний фотоэффект), либо выходит из вещества в окружающее пространство (внешний фотоэффект).

Красная граница фотоэффекта – формула, уравнение, условия кратко как определяется

Рис. 1. Фотоэффект.

Энергия, которую нужно сообщить электрону для разрыва связей с ядром, называется работой выхода $A_{вых}$. Остаток энергии фотона перейдет в кинетическую энергию выбитого электрона. Этот механизм описывается уравнением, выведенным в 1905 г. А. Эйнштейном:

$$hnu=A_{вых}+{m_ev^2over 2}$$

Красная граница фотоэффекта

Получим из приведенной формулы частоту, необходимую для наблюдения фотоэффекта:

$$nu={1over h}(A_{вых}+{m_ev^2over 2})$$

Важно отметить, что, поскольку работа выхода $A_{вых}$ и масса электрона $m_e$ имеют некоторое положительное значение, а скорость электрона $v$ не может быть отрицательной, то и частота $nu$ будет иметь некоторое значение больше нуля. Минимальное значение будет достигаться, если $v=0$:

$$nu_{min}={A_{вых}over h}$$

Частота $nu_{min}$ называется «красной границей фотоэффекта», а приведенное соотношение — это формула красной границы фотоэффекта. Если фотон имеет частоту ниже, то его энергии недостаточно для разрыва связей электрона с ядром, фотоэффект с таким фотоном невозможен.

Термин «красная граница» был введен А. Столетовым, который провел наиболее глубокие исследования фотоэффекта в конце XIX в. Третий закон Столетова гласит, что для каждого вещества есть некоторая минимальная частота фотонов, ниже которой фотоэффект исчезает.

Красная граница фотоэффекта – формула, уравнение, условия кратко как определяется

Рис. 2. Законы фотоэффекта Столетова.

Именно красной границей фотоэффекта определяется использование красного освещения при печати фотографий в первой половине XX в. и ранее. Красная граница фотоэффекта материалов того времени лежала в желтой области видимого света. Поэтому фотопластинки проявлялись при красном освещении. В дальнейшем стали использоваться материалы с меньшей работой выхода, красная граница фотоэффекта для них переместилась в инфракрасную область, и проявлять их было необходимо уже в полной темноте.

Красная граница фотоэффекта – формула, уравнение, условия кратко как определяется

Рис. 3. Красный фонарь для фотопечати.

Что мы узнали?

Красная граница фотоэффекта — это минимальная частота, при которой наблюдается фотоэффект. Если частота излучения меньше, то энергии фотонов не хватает для совершения работы выхода, и фотоэффект исчезает.

Беликова Ирина

Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

Оцените автора
Добавить комментарий

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Adblock
detector