| Квантовая механика |
|---|
|
|
Основа
|
|
Фундаментальные понятия
|
|
Эксперименты
|
|
Формулировки
|
|
Уравнения
|
|
Интерпретации
|
|
Развитие теории
|
|
Сложные темы
|
|
Известные учёные
|
|
См. также
|
| См. также: Портал:Физика |
«Кра́сная» грани́ца фотоэффе́кта — наименьшая частота 
(наибольшая длина волны 
) света, при которой ещё возможен внешний фотоэффект, т.е. при частоте излучения ниже фотоэффект не наблюдается при сколь угодно большой интенсивности излучения. Частота зависит только от работы выхода 
электрона:
где — работа выхода для конкретного материала фотокатода, h — постоянная Планка, а с — скорость света. Работа выхода зависит от материала фотокатода и состояния его поверхности. Испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на фотокатод падает свет с частотой 
или с длиной волны 
.
Красная граница фотоэффекта для некоторых веществ[править | править код]
См. также: Работа выхода § Работа выхода электрона из различных металлов
| Вещество | Красная граница[1] |
|---|---|
| Барий | 484 нм |
| Барий в вольфраме | 1130 нм |
| Вольфрам | 272 нм |
| Германий | 272 нм |
| Никель | 249 нм |
| Окись бария | 1235 нм |
| Платина | 190 нм |
| Рубидий | 573 нм |
| Серебро | 261 нм |
| Торий на вольфраме | 471 нм |
| Цезий | 662 нм |
| Цезий на вольфраме | 909 нм |
| Цезий на платине | 895 нм |
См. также[править | править код]
- Фотоэффект
- Постоянная Планка
Примечания[править | править код]
- ↑ Краткий справочник по физике. Енохович А. С. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1976. — 288с. (см.стр 164)
|
|
Это статья-заготовка по физике. Помогите Википедии, дополнив эту статью, как и любую другую. |
В конце XIX века Генрих Герц открыл явление, позволяющее из световой энергии добывать электричество. Оно получило название фотоэффекта. В данной статье рассмотрим подробнее этот эффект, а также ответим на вопрос, что такое красная граница фотоэффекта.
Понятие о фотоэффекте
Перед тем, как ответить на вопрос, что такое красная граница фотоэффекта, необходимо поближе познакомиться с этим физическим явлением. Как можно объяснить это явление? Определение фотоэффекту можно дать следующее: это процесс образования свободных от атомных ядер электронов в результате облучения вещества светом.
Вам будет интересно:Сумма бесконечной геометрической прогрессии убывающей и парадокс Зенона
Этот эффект был открыт в 1887 году Герцем. В 1888 году русский физик, Александр Столетов, провел ряд опытов, в которых показал, что этот процесс возникает мгновенно после попадания света на пластину конденсатора. Также ученый установил первый закон фотоэффекта: увеличение интенсивности света приводит к линейному росту тока в цепи.
В 1905 году Эйнштейн опубликовал статью, в которой объяснил фотоэффект квантовым характером взаимодействия света с веществом.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
Современное понимание фотоэффекта можно описать в виде следующей модели: падая на вещество, фотон встречается с электроном некоторого атома, электрон полностью поглощает фотон, принимая от него всю энергию. Если эта энергия больше некоторого значения, то электрон выходит за область притяжения атомного ядра и становится свободным.
Описанный процесс выражается следующим равенством энергий:
h*v = A + Ek
Здесь h – постоянная Планка , v – частота фотона, A – энергия, которую нужно затратить, чтобы “вырвать” из атома электрон, Ek – кинетическая энергия свободного электрона.
Что такое красная граница фотоэффекта?
Обратим внимание на уравнение Эйнштейна, приведенное в предыдущем пункте. Из него следует, что если энергия фотона будет меньше работы выхода электрона, то никакого фотоэффекта происходить не будет. Это означает, что явление наблюдается только в том случае, если:
h*v ≥ A.
Частота v0, соответствующая величине A, получила название красной границы фотоэффекта. Длина волны, соответствующая ей, вычисляется по формуле:
λ0 = c/v0 или λ0 = c*h/A.
Здесь c – это скорость света. Поскольку рассматриваемое явление наблюдается только для длин волн света меньших, чем λ0, то становится понятным, почему это значение называют “красная граница” (красный цвет является верхней границей по длине волны для видимого человеком спектра).
Если говорить о λ0 для металлов, то облучение красным цветом не может привести к появлению фотоэффекта ни для одного из них, поскольку энергия “красных” фотонов слишком низка, чтобы “вырвать” электрон из атома. Наибольшим значением λ0 обладают щелочные металлы. Для них красная граница находится в области зеленого и желтого цвета (λ0≈520-580 нм).
Решение задачи на определение типа элемента
Разобравшись, что такое красная граница фотоэффекта, решим одну интересную задачу для закрепления полученных знаний. Это поможет лучше разобраться в этом физическом явлении.
В некоторой лаборатории решили воспользоваться фотоэффектом для определения вида химического элемента. До начала эксперимента было установлено, что это щелочной металл первой группы таблицы Д. И. Менделеева. Изменяя значение длины волны света, которым облучали металл, определили, что фотоэффект начинает наблюдаться при 525 нм. С каким элементом работали в лаборатории?
Выпишем соответствующую формулу для красной границы фотоэффекта:
λ0 = c*h/A
Откуда получаем:
A = c*h/λ0
Подставляя соответствующие константы и значение λ0 в выражение, получаем значение работы выхода электрона для неизвестного щелочного металла:
A = c*h/λ0 = 3*108*4,13567*10-15/(525*10-9) = 2,363 эВ
Отметим, что значение постоянной Планка было подставлено в единицах эВ*с.
Работа выхода электрона A является уникальной характеристикой для каждого химического элемента. Ее можно посмотреть в соответствующей таблице. Так, для щелочных металлов характерны такие значения в эВ:
- Li 2,93;
- Na 2,36;
- K 2,29;
- Cs 2,14;
- Rb 2,26.
Эти данные показывают, что найденное нами значение A соответствует натрию.
Автор:
22-10-2018 19:39
Жду ваши вопросы и мнения в комментариях
Красная граница фотоэффекта
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 64.
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 64.
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».
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).
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.
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.
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.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 64.
А какая ваша оценка?
Вопрос от пользователя:
Найти красную границу фотоэффекта , если работа выхода равна 0.869 эВ используя формулу энштейна
Подождите!
Не закрывайте страницу. Нейросеть пишет ответ. Он появится тут.
Этот ответ написан нейросетью.
Искуственный интеллект во многом преуспевает, но в некоторых областях может давать неточные ответы.
Если вам не понравился ответ, попробуйте задать его более развёрнуто и конкретно, используя точные параметры.
Ответ нейросети:
Фотоэффект – это явление, при котором фотоны, попадая на поверхность металла, выбивают из него электроны. Энергия фотонов должна превышать работу выхода, то есть минимальную энергию необходимую для выхода электрона из металла.
Минимальная энергия фотонов, необходимая для фотоэффекта, может быть определена с использованием формулы Эйнштейна:
E = hf – φ
где E – кинетическая энергия выбиваемого электрона,
h – постоянная Планка,
f – частота света,
φ – работа выхода.
При минимальной кинетической энергии фотона, E=0, красная граница фотоэффекта, f0, может быть определена следующим образом:
f0 = φ/h
Таким образом, для того чтобы найти красную границу фотоэффекта, когда работа выхода равна 0,869 эВ, необходимо использовать выражение f0=φ/h, где φ=0,869 эВ и h=4,1357×10^-15 эВ∙с. Подставляя значения, получим:
f0= 0,869 эВ / 4,1357×10^-15 эВ∙с = 2,101×10^15 с^-1
Таким образом, красная граница фотоэффекта, когда работа выхода равна 0,869 эВ, составляет 2,101×10^15 с^-1. Это соответствует длине волны около 142 нм в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Однако, следует отметить, что данная граница является теоретической и зависит от многих факторов, таких как структура поверхности и температура металла.
⚠️Зарепортить пост!
Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Задай любой вопрос нейросети!
она справится с любой поставленной задачей быстрее чем поиск в Яндекс.
Последние вопросы
(c) ChatGPT по русски 2023. Все права защищены. При обнаружении неправомерного контента пишите на [email protected]
Одним из интереснейших квантовых эффектов, рассматриваемых в курсе школьной физики, является фотоэлектрический эффект или фотоэффект. Фотоэффект — явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передаётся электронам вещества.
Рис. 1. Фотоэффект
Облучаем поверхность вещества. Энергия каждого фотона равна . Фотон, попадающий внутрь вещества, поглощается электроном, который, в свою очередь, приобретает дополнительную энергию. Вырываясь из поверхности вещества, электрон теряет часть энергии (взаимодействуя с ионами вещества) и, становясь свободным (когда электрон перестаёт взаимодействовать с веществом), улетает в пространство.
С точки зрения зрения закона сохранения энергии, можно получить уравнение Эйнштейна:
(1)
- где
Работа выхода электрона () — минимальная энергия, которую необходимо передать электрону, чтобы он «выбрался» на поверхность. Если энергия фотона равна точно энергии выхода, то электрон, «выйдя» на поверхность, там и останавливается, т.е. после выхода электрона, его кинетическая энергия численно равна нулю. Тогда уравнение Эйнштейна примет вид:
(2)
- где
Красная граница фотоэффекта () — частота излучения (фотона), ниже которой фотоэффект не происходит.
Аналогично можно ввести:
(3)
Вывод: задачи на фотоэффект вводятся именно этим словом. Единственное, что мы можем использовать при этом, — уравнение Эйнштейна (1).
