Определите красную границу фотоэлемента при удвоении частоты света, если запирающее напряжение на металле увеличивается

Фотоэффект явление, при котором световая энергия приводит к выбиванию электронов из металла. Красная граница фотоэффекта - это минимальная частота света, при которой возникает фотоэлектрический эффект.

Для нахождения красной границы фотоэлемента при удвоении частоты света и увеличении запирающего напряжения в 4 раза, мы можем воспользоваться формулой Эйнштейна для фотоэффекта:

E = h*f

где E - энергия фотона, h - постоянная Планка, f - частота света.

Так как значение длины света остается постоянным, аезменяется только запирающее напряжение. Мы можем использовать соотношение:

U1/U2 = (E1-Eпервичное)/(E2-Eпервичное)

где U1 и U2 - запирающее напряжение до и после увеличения, а Eпервичное - начальная энергия фотона.

По условию, U2 = 4 * U1.

Запирающее напряжение пропорционально энергии фотона, значит:

U2/U1 = (E2-Eпервичное)/(E1-Eпервичное)

Подставляя значения, получаем:

4 = (E2-Eпервичное)/(E1-Eпервичное)

Учитывая, что частота света удваивается, то и соответствующая энергия фотона увеличивается вдвое. Значит, E2 = 2 * Eпервичное.

Подставляем это значение и уравнение примет вид:

4 = (2 - 1)/(E1 - Eпервичное)

Упростим:

4 = 1/(E1 - Eпервичное)

Получим, что E1 - Eпервичное = 1/4

Таким образом, красная граница фотоэлемента при удвоении частоты света будет равна 1/4 начальной энергии фотона.

Пример: Если начальная энергия фотона равна 10 эВ, то красная граница фотоэлемента при удвоении частоты света будет равна 2,5 эВ.

Совет: Для лучшего понимания фотоэффекта рекомендуется изучить основы электромагнитного излучения, энергию фотона и постоянную Планка.

Задание для закрепления: При увеличении начальной энергии фотона в 2 раза, как изменится красная граница фотоэлемента?