Номер 3, страница 164 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 45. Фотоэффект. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 3, страница 164.

3. Какое физическое явление называют фотоэффектом?

Фотоэффект (или фотоэлектрический эффект) — это физическое явление, заключающееся в испускании электронов (их называют фотоэлектронами) веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. Это явление демонстрирует квантовые свойства света.

Различают несколько видов фотоэффекта:

• Внешний фотоэффект: электроны вырываются с поверхности вещества (чаще всего металла) в вакуум или другую среду. Это классический вид фотоэффекта, который был открыт Генрихом Герцем в 1887 году.
• Внутренний фотоэффект: под действием излучения электроны внутри полупроводника или диэлектрика переходят из связанных состояний в свободные, не покидая при этом само вещество. Это приводит к увеличению его электропроводности (это явление называется фотопроводимостью).
• Вентильный (или фотовольтаический) фотоэффект: возникновение электродвижущей силы (ЭДС) при освещении контакта двух разнородных материалов (например, p- и n-типа полупроводников). Этот эффект является основой работы солнечных батарей.

Теоретическое объяснение фотоэффекта было дано Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Он предположил, что свет поглощается и испускается не непрерывно, а дискретными порциями — квантами, которые позже назвали фотонами. Энергия одного фотона прямо пропорциональна частоте излучения:

$E_ф = h\nu$

где $E_ф$ — энергия фотона, $\nu$ — частота света, а $h$ — постоянная Планка ($h \approx 6.626 \times 10^{-34}$ Дж·с).

Согласно закону сохранения энергии, энергия поглощенного фотона $E_ф$ расходуется на совершение электроном работы выхода $A_{вых}$ (минимальной энергии, необходимой для выхода электрона из вещества) и на сообщение этому электрону максимальной кинетической энергии $K_{max}$. Это описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

$h\nu = A_{вых} + K_{max}$

или

$h\nu = A_{вых} + \frac{m_e v_{max}^2}{2}$

где $m_e$ — масса электрона, а $v_{max}$ — его максимальная начальная скорость.

Из этого уравнения следует существование так называемой «красной границы» фотоэффекта — минимальной частоты $\nu_{min}$ (или максимальной длины волны $\lambda_{max}$), при которой еще возможен фотоэффект. Если частота света $\nu < \nu_{min}$, то энергии фотона недостаточно даже для того, чтобы вырвать электрон из вещества, и фотоэффект не наблюдается независимо от интенсивности света. Красная граница определяется только работой выхода, то есть свойствами самого вещества:

$\nu_{min} = \frac{A_{вых}}{h}$

Ответ: Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения (например, видимого света), которое объясняется квантовой природой света.