Вопрос школьника
В одном из опытов по фотоэффекту металлическая пластина освещалась светом с длиной волны 420 нм. Работа выхода электрона с поверхности пластины равна 2 эВ. При какой задерживающей разности потенциалов прекращается фототок?
Ответ от учителя
Фотоэффект — это явление, при котором электроны, находящиеся на поверхности металла, вырываются под действием света. Для того чтобы вырваться, электроны должны преодолеть работу выхода — минимальную энергию, необходимую для того, чтобы электрон покинул поверхность металла.
В данном случае работа выхода равна 2 эВ, что означает, что электрону необходимо получить энергию, равную 2 эВ, чтобы покинуть поверхность металла.
Задерживающая разность потенциалов — это разность потенциалов между анодом и катодом в фотоэлементе. Если эта разность потенциалов больше нуля, то электроны, вырванные из металла, будут притягиваться к аноду и создавать фототок. Если же задерживающая разность потенциалов меньше нуля, то электроны не смогут достичь анода и фототок прекратится.
Для того чтобы определить, при какой задерживающей разности потенциалов прекращается фототок, необходимо использовать формулу Эйнштейна для фотоэффекта:
E = h * f — Ф
где E — кинетическая энергия электрона, h — постоянная Планка, f — частота света, Ф — работа выхода.
Мы знаем, что длина волны света равна 420 нм. Чтобы найти частоту света, необходимо воспользоваться формулой:
c = λ * f
где c — скорость света, λ — длина волны, f — частота света.
Подставляя известные значения, получаем:
f = c / λ = 3 * 10^8 м/с / 420 * 10^-9 м = 7,14 * 10^14 Гц
Теперь мы можем найти минимальную задерживающую разность потенциалов, при которой прекращается фототок. Для этого необходимо приравнять кинетическую энергию электрона нулю:
0 = h * f — Ф — e * V
где e — заряд электрона, V — задерживающая разность потенциалов.
Решая уравнение относительно V, получаем:
V = (h * f — Ф) / e = (6,63 * 10^-34 Дж * с * 7,14 * 10^14 Гц — 2 эВ) / 1,6 * 10^-19 Кл = -0,53 В
Таким образом, при задерживающей разности потенциалов -0,53 В фототок прекратится.
