Номер 6, страница 174 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

6. Перечислите условия, необходимые для возникновения фотоэффекта.

Фотоэффект, или фотоэлектрический эффект, — это явление испускания электронов (называемых фотоэлектронами) веществом под действием электромагнитного излучения, например, видимого света или ультрафиолета. Для того чтобы это явление произошло, необходимо выполнение определённых условий, которые были объяснены Альбертом Эйнштейном и описываются его уравнением для фотоэффекта.

Решение

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта связывает энергию падающего фотона $E_{ф}$, работу выхода электрона $A_{вых}$ и максимальную кинетическую энергию вылетевшего фотоэлектрона $E_{к, макс}$: $$E_{ф} = A_{вых} + E_{к, макс}$$ где энергия фотона определяется его частотой $\nu$ или длиной волны $\lambda$: $$E_{ф} = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$$ Здесь $h$ — постоянная Планка, а $c$ — скорость света в вакууме.

Из этих соотношений можно сформулировать основные условия, необходимые для возникновения фотоэффекта.

1. Условие по энергии фотонов. Основное условие заключается в том, что энергия каждого отдельного фотона, падающего на вещество, должна быть достаточной, чтобы вырвать электрон. Эта минимально необходимая энергия называется работой выхода $A_{вых}$ и является характеристикой самого вещества. Если энергия фотона меньше работы выхода, электрон не сможет преодолеть силы, удерживающие его в веществе, и фотоэффект не произойдет, независимо от количества падающих фотонов (то есть от интенсивности света).
Математически это условие записывается так: $$E_{ф} \ge A_{вых}$$

2. Условие по частоте света. Так как энергия фотона прямо пропорциональна частоте света ($E_{ф} = h\nu$), то для каждого вещества существует минимальная частота света $\nu_{min}$, называемая «красной границей» фотоэффекта. Только свет с частотой, равной или превышающей эту пороговую частоту, способен вызвать фотоэффект.
Условие по частоте: $$\nu \ge \nu_{min}$$ где красная граница частоты определяется из условия $h\nu_{min} = A_{вых}$.

3. Условие по длине волны света. Поскольку частота и длина волны обратно пропорциональны ($\nu = c/\lambda$), условие можно выразить через длину волны. Для каждого вещества существует максимальная длина волны $\lambda_{max}$, также называемая «красной границей». Фотоэффект возникает только в том случае, если длина волны падающего света не превышает это пороговое значение.
Условие по длине волны: $$\lambda \le \lambda_{max}$$ где красная граница длины волны находится из условия $\frac{hc}{\lambda_{max}} = A_{вых}$.

Таким образом, возникновение фотоэффекта определяется не интенсивностью света, а его частотой (или длиной волны), то есть энергией отдельных фотонов. Интенсивность света влияет лишь на количество выбиваемых электронов в единицу времени (фототок насыщения), но только при выполнении вышеперечисленных условий.

Ответ:

Для возникновения фотоэффекта необходимо, чтобы энергия падающих фотонов $E_{ф}$ была не меньше работы выхода электрона $A_{вых}$ для данного вещества. Это главное условие можно выразить тремя эквивалентными способами:
1. Энергия фотона должна быть больше или равна работе выхода: $E_{ф} \ge A_{вых}$.
2. Частота падающего света $\nu$ должна быть больше или равна пороговой частоте («красной границе») $\nu_{min}$: $\nu \ge \nu_{min}$, где $h\nu_{min} = A_{вых}$.
3. Длина волны падающего света $\lambda$ должна быть меньше или равна пороговой длине волны («красной границе») $\lambda_{max}$: $\lambda \le \lambda_{max}$, где $\frac{hc}{\lambda_{max}} = A_{вых}$.