Вопрос школьника
Фотокатод облучают светом с длиной волны λ = 300 нм. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ0 = 450 нм. Какую разность потенциалов Δϕ надо приложить между катодом и анодом, чтобы фототок прекратился?
Ответ от учителя
Фотоэффект возникает, когда фотоны света попадают на поверхность материала и выбивают электроны из атомов. Эти электроны могут быть собраны в виде тока, если между катодом и анодом создать разность потенциалов.
Для того чтобы фототок прекратился, необходимо создать такую разность потенциалов, при которой энергия фотонов станет недостаточной для выбивания электронов из материала. Это означает, что разность потенциалов должна быть равна или больше энергии, необходимой для выбивания электрона.
Энергия фотона связана с его длиной волны следующим образом:
E = hc/λ,
где h — постоянная Планка, c — скорость света, λ — длина волны.
Для света с длиной волны λ = 300 нм энергия фотона будет:
E = hc/λ = (6.626 x 10^-34 J s) x (3 x 10^8 m/s) / (300 x 10^-9 m) = 6.63 x 10^-19 J.
Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ0 = 450 нм соответствует энергии фотона:
E0 = hc/λ0 = (6.626 x 10^-34 J s) x (3 x 10^8 m/s) / (450 x 10^-9 m) = 4.41 x 10^-19 J.
Разность потенциалов Δϕ, необходимая для прекращения фототока, будет равна разности между энергией фотона и энергией, необходимой для выбивания электрона:
Δϕ = E0 — E = (4.41 — 6.63) x 10^-19 J = -2.22 x 10^-19 J.
Отрицательный знак означает, что потенциал на катоде должен быть меньше, чем на аноде, чтобы создать такую разность потенциалов. Таким образом, для прекращения фототока необходимо приложить на катод потенциал, который меньше на 2.22 x 10^-19 J, чем на аноде.
