Найдите максимальную скорость фотоэлектронов, которые испускаются при облучении поверхности палладия фотонами света

Фотоэффект и максимальная скорость фотоэлектронов

Описание: Фотоэффект - это явление, при котором фотоны света сталкиваются с поверхностью материала и выбивают электроны. Максимальная скорость фотоэлектронов зависит от импульса фотонов света и работа выхода для данного материала.

Для решения этой задачи мы можем использовать Закон сохранения импульса. Импульс фотона выражается как произведение массы и скорости: p = mv, где p - импульс, m - масса фотона и v - скорость фотона.

Импульс фотона передаётся электрону, выбитому из поверхности палладия. Таким образом, импульс фотона равен импульсу фотоэлектрона, m₁v₁.

Работа выхода для палладия, W, представляет собой минимальную энергию, необходимую для выбивания фотоэлектрона из материала.

Мы можем сопоставить максимальную скорость фотоэлектрона с максимальным изменением его импульса, используя закон сохранения энергии и учитывая, что кинетическая энергия электрона связана с его массой и скоростью по формуле К = (1/2)mv².

Используя эти идеи, мы можем записать следующие формулы:
1) p = mv - импульс фотона
2) m₁v₁ = p - импульс фотоэлектрона
3) W = К - работа выхода
4) К = (1/2)m₁v₁² - кинетическая энергия фотоэлектрона

Мы знаем, что импульс фотона равен импульсу фотоэлектрона:
mv = m₁v₁
Также нам дана работа выхода для палладия:
W = 5 эВ = 5 * 1.6 * 10⁻¹⁹ Дж

Мы должны найти максимальную скорость фотоэлектронов, которые испускаются при облучении поверхности палладия.

Пример:
Задача: Найдите максимальную скорость фотоэлектронов, которые испускаются при облучении поверхности палладия фотонами света с импульсом 5,7 ·10-5 кг·м/с. Известно, что работа выхода для палладия составляет 5 эВ, а масса электрона равна 9.1*10⁻³¹ кг.

Решение:
1) p = mv - Импульс фотона p равен массе фотона m, умноженной на его скорость v.
2) m₁v₁ = p - Импульс фотоэлектрона равен импульсу фотона.
3) W = К - Работа выхода равна кинетической энергии фотоэлектрона.
4) К = (1/2)m₁v₁² - Формула для кинетической энергии фотоэлектрона.

В нашем случае импульс фотона равен 5,7 ·10⁻⁵ кг·м/с, а работа выхода составляет 5 эВ. Мы должны найти максимальную скорость фотоэлектронов, поэтому мы должны решить уравнение для величины m₁v₁.

Используя формулу:
m₁v₁ = p
9.1 * 10⁻³¹ * v₁ = 5.7 * 10⁻⁵

Мы можем выразить v₁:
v₁ = (5.7 * 10⁻⁵) / (9.1 * 10⁻³¹)

Выполняя вычисления, получаем:
v₁ ≈ 6.263 * 10²⁵ м/с

Таким образом, максимальная скорость фотоэлектронов, испускаемых при облучении поверхности палладия, составляет примерно 6.263 * 10²⁵ м/с.

Совет: Для лучшего понимания фотоэффекта и связанных с ним концепций, рекомендуется ознакомиться с величинами, такими как работа выхода, импульс и кинетическая энергия фотоэлектрона. Понимание этих основных понятий поможет лучше освоить решение подобных задач. Также полезно изучить уравнения, связывающие данные величины, чтобы правильно применять их в задачах.

Задача на проверку: Рассмотрим другой пример. Найдите максимальную скорость фотоэлектронов, которые испускаются при облучении поверхности серебра фотонами света с импульсом 3.2 · 10⁻⁵ кг·м/с. Известно, что работа выхода для серебра составляет 4.6 эВ, а масса электрона равна 9.1*10⁻³¹ кг.