Квантова фізика · фотоефект
Фотоефект: закони, формули та розв'язання задач
Фотоефект — одна з ключових тем квантової фізики й типове завдання у контрольних та модульних роботах. Нижче — визначення, закони, робочі формули та покроковий метод.
Що таке фотоефект
Зовнішній фотоефект — це виривання електронів із речовини (переважно металу) під дією світла. Кожен фотон передає електрону енергію E = hν; якщо її вистачає на подолання роботи виходу, електрон залишає метал.
Закони фотоефекту (Столєтова)
- Фотострум насичення прямо пропорційний інтенсивності світла за незмінної частоти.
- Максимальна кінетична енергія фотоелектронів залежить від частоти світла і НЕ залежить від його інтенсивності.
- Для кожної речовини існує червона межа — мінімальна частота ν₀, нижче за яку фотоефект неможливий.
Формули
E = hν = hc / λ— енергія фотона
hν = Aвих + m·v²max / 2— рівняння Ейнштейна
hc / λ = Aвих + eUз— через затримуючу напругу
λ₀ = hc / Aвих— червона межа
Сталі: h = 6,63·10⁻³⁴ Дж·с, c = 3·10⁸ м/с, e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Зручно: hc ≈ 1240 еВ·нм, тому E(еВ) = 1240 / λ(нм).
Як розв’язувати задачі
- Випишіть дано і переведіть величини в СІ (нм → м, Å → м).
- Обчисліть енергію фотона E = hc/λ.
- Запишіть рівняння Ейнштейна і виразіть шукану величину (Uз, λ₀, Aвих, vmax).
- Підставте числа й обчисліть; перевірте розмірність.
Готові розв’язані задачі
Часті питання
Що таке фотоефект простими словами?▾
Це виривання електронів із речовини під дією світла. Явище відкрив Г. Герц, закони встановив О. Столєтов, а теоретичне пояснення дав А. Ейнштейн.
Яка формула фотоефекту?▾
Основна — рівняння Ейнштейна: hν = Aвих + mv²max/2, де hν = hc/λ — енергія фотона, Aвих — робота виходу, mv²max/2 — максимальна кінетична енергія фотоелектрона.
Що таке червона межа фотоефекту?▾
Мінімальна частота ν₀ (максимальна довжина хвилі λ₀), за якої фотоефект ще можливий: Aвих = hν₀ = hc/λ₀, звідки λ₀ = hc/Aвих.
Від чого залежить кінетична енергія фотоелектронів?▾
Тільки від частоти світла і роботи виходу, але не від інтенсивності. Інтенсивність впливає лише на кількість електронів (фотострум).