При каком напряжении между анодом и фотокатодом наблюдается фотоэффект, если красная граница фотоэффекта для фотокатода

Фотоэффект и напряжение между анодом и фотокатодом

Пояснение: Фотоэффект - это явление, при котором световые кванты (фотоны) выбивают электроны из металлической поверхности. Для того чтобы фотоэффект происходил, энергия фотонов должна быть достаточной для выбивания электрона. Энергия фотона связана с его длиной волны следующим соотношением:

E = hc/λ,

где E - энергия фотона, h - постоянная Планка, c - скорость света, λ - длина волны фотона.

Фотоэффект наблюдается, если энергия фотона больше или равна работе выхода материала фотокатода. Работа выхода - это минимальная энергия, необходимая для выхода электрона из материала.

Для определения напряжения между анодом и фотокатодом, при котором происходит фотоэффект, можно использовать соотношение энергии фотона и напряжения:

eV = E - W,

где e - элементарный заряд, V - напряжение, E - энергия фотона, W - работа выхода.

Таким образом, чтобы наблюдался фотоэффект, напряжение между анодом и фотокатодом должно быть не меньше нуля.

Демонстрация: Для определения напряжения, при котором можно наблюдать фотоэффект для фотокатода, облучаемого красным светом со длиной волны λ= 590 нм, мы должны рассчитать энергию фотона с помощью соотношения E = hc/λ. Зная энергию фотона, а также работу выхода фотокатода, мы можем рассчитать напряжение с помощью соотношения eV = E - W.

Совет: Для более легкого понимания фотоэффекта и связанных с ним величин, рекомендуется изучить энергию фотона, работу выхода и элементарный заряд, а также их значения в соответствующих единицах измерения.

Практика: В фотоэффекте для фотокатода с работой выхода W = 2 эВ наблюдается фотоэффект для фотонов длиной волны λ = 400 нм. Какое напряжение необходимо приложить между анодом и фотокатодом?

Фотоэффект и условие его возникновения:
Фотоэффект - это явление, при котором фотоны света передают свою энергию электронам вещества, выбивая их из атомов и создавая электрический ток. Условие возникновения фотоэффекта заключается в том, что энергия фотона должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть работу выхода электрона из вещества.

Формула для энергии фотона:
Энергия фотона (E) связана с его длиной волны (λ) следующим образом:
E = hc/λ,
где h - постоянная Планка (6.63 x 10^-34 Дж·с),
c - скорость света (3 x 10^8 м/с).

Решение:
Для определения напряжения между анодом и фотокатодом, при котором наблюдается фотоэффект, мы должны знать энергию, необходимую для выхода фотонов на фотокатод.

Известно, что красная граница фотоэффекта для фотокатода составляет λ0 = 290 нм. Мы можем использовать эту информацию, чтобы найти минимальную энергию фотона, необходимую для возникновения фотоэффекта с помощью формулы E = hc/λ.

E = (6.63 x 10^-34 Дж·с * 3 x 10^8 м/с) / (290 x 10^-9 м) = 2.16 x 10^-19 Дж

Теперь мы знаем минимальную энергию фотона, необходимую для возникновения фотоэффекта. Чтобы найти напряжение между анодом и фотокатодом, мы должны учесть, что энергия фотона равна работе выхода электрона (W) плюс кинетической энергии электрона (K).

E = W + K

Так как фотон имеет минимальную энергию для возникновения фотоэффекта, то кинетическая энергия будет равна нулю. Следовательно, E = W, и нам нужно найти значение работы выхода электрона.

При заданной длине волны λ мы можем использовать формулу E = hc/λ для нахождения работы выхода электрона.

W = E = (6.63 x 10^-34 Дж·с * 3 x 10^8 м/с) / (λ x 10^-9 м)

Теперь, чтобы найти напряжение между анодом и фотокатодом, мы должны учесть формулу для напряжения:
V = W/q,

где q - элементарный заряд (1.6 x 10^-19 Кл).

Подставляем найденное значение W в формулу и получаем:

V = (6.63 x 10^-34 Дж·с * 3 x 10^8 м/с) / (λ x 10^-9 м) / (1.6 x 10^-19 Кл)

Пример:
Предположим, что данная задача имеет следующие значения:
λ = 500 нм.

Тогда, используя формулу для нахождения напряжения между анодом и фотокатодом, мы можем вычислить результат:

V = (6.63 x 10^-34 Дж·с * 3 x 10^8 м/с) / (500 x 10^-9 м) / (1.6 x 10^-19 Кл)

V ≈ 0.779 В

Таким образом, при данной длине волны света равной 500 нм, напряжение между анодом и фотокатодом будет около 0.779 В.

Советы:
- Внимательно изучите формулы, связанные с фотоэффектом и энергией фотона.
- Помните о значениях фундаментальных постоянных (например, постоянная Планка и элементарный заряд).
- При решении задач по фотоэффекту обратите внимание на единицы измерения, чтобы корректно сконвертировать величины.
- Первоначально проверьте условие возникновения фотоэффекта, а затем найдите соответствующие значения.

Ещё задача:
Для фотокатода с красной границей фотоэффекта на длине волны λ0 = 420 нм найти напряжение между анодом и фотокатодом, если фотокатод облучается светом с длиной волны λ = 320 нм.