Номер 3, страница 322 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. Что называется работой выхода?

3. Работа выхода — это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он покинул поверхность твердого тела (чаще всего металла) и стал свободным. Эта энергия характеризует прочность связи электронов с веществом.

Внутри металла электроны проводимости находятся в "потенциальной яме" и удерживаются силами электростатического притяжения к положительным ионам кристаллической решетки. Чтобы электрон мог преодолеть этот барьер и выйти за пределы металла, ему необходимо сообщить дополнительную энергию. Минимальное количество этой энергии, необходимое для удаления электрона с наивысшего энергетического уровня (уровня Ферми при абсолютном нуле температуры), и называется работой выхода. Её обычно обозначают символом $A_{вых}$ или $\Phi$.

Работа выхода является важной характеристикой вещества и зависит от его химической природы, а также от состояния его поверхности (чистоты, наличия оксидных пленок, кристаллической структуры). Например, у щелочных металлов (цезий, калий) работа выхода мала, что делает их хорошими материалами для фотокатодов, а у тугоплавких металлов (вольфрам, платина) — велика.

Понятие работы выхода является ключевым для объяснения таких явлений, как термоэлектронная эмиссия и особенно фотоэлектрический эффект (фотоэффект). Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта связывает энергию падающего фотона $h\nu$ с работой выхода $A_{вых}$ и максимальной кинетической энергией вылетевшего фотоэлектрона $E_{к, макс}$:

$h\nu = A_{вых} + E_{к, макс}$

где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света. Из этого уравнения следует, что для возникновения фотоэффекта энергия фотона должна быть как минимум равна работе выхода ($h\nu \ge A_{вых}$). Минимальная частота света $\nu_{кр}$, при которой начинается фотоэффект, называется "красной границей" фотоэффекта и определяется из соотношения:

$A_{вых} = h\nu_{кр}$

Работа выхода измеряется в единицах энергии. В системе СИ это джоули (Дж), но в физике твердого тела и атомной физике чаще используют внесистемную единицу — электрон-вольт (эВ). $1 \text{ эВ} \approx 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$.

Ответ: Работой выхода называется минимальная энергия, необходимая для удаления электрона с поверхности вещества в вакуум. Это фундаментальная характеристика материала, определяющая, в частности, условия возникновения фотоэффекта.