Номер 6, страница 48, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

*6. Что такое красная граница фотоэффекта? Почему она так называется? Ответ обоснуйте.

Решение

Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света. Чтобы это явление произошло, энергия падающего света (в виде частиц-фотонов) должна быть достаточной, чтобы «выбить» электрон из вещества.

Что такое красная граница фотоэффекта?

Красная граница фотоэффекта — это наименьшая частота $\nu_{min}$ (или, что эквивалентно, наибольшая длина волны $\lambda_{max}$) света, при которой еще возможен фотоэффект для данного вещества. Если частота света меньше этой граничной частоты (а длина волны, соответственно, больше), фотоэффект не наблюдается, какой бы интенсивной ни была световая волна.

Это явление объясняется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

$h\nu = A_{вых} + E_{к}$

где $\text{h}$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота падающего света, $A_{вых}$ — работа выхода (минимальная энергия, которую нужно сообщить электрону, чтобы он покинул вещество), а $E_{к}$ — максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона.

Фотоэффект начинается только тогда, когда энергия фотона $h\nu$ как минимум равна работе выхода $A_{вых}$. В этом предельном случае вся энергия фотона уходит на преодоление работы выхода, и кинетическая энергия вылетевшего электрона равна нулю ($E_{к} = 0$). Таким образом, условие для красной границы:

$h\nu_{min} = A_{вых}$

Отсюда можно найти граничную частоту $\nu_{min} = \frac{A_{вых}}{h}$.

Поскольку частота и длина волны связаны соотношением $\nu = \frac{c}{\lambda}$ (где $\text{c}$ — скорость света), можно выразить красную границу через максимальную длину волны:

$\lambda_{max} = \frac{c}{\nu_{min}} = \frac{hc}{A_{вых}}$

Почему она так называется?

Название «красная граница» связано с видимым спектром электромагнитных волн. В этом спектре красный свет имеет самую большую длину волны и, соответственно, самую низкую частоту (и энергию) по сравнению с другими цветами (оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый).

Таким образом, «красная граница» — это метафорическое название для границы со стороны низких энергий (длинных волн). Если для какого-либо металла красная граница попадает в видимую часть спектра, то это означает, что красный свет — это последний цвет, который еще может вызвать фотоэффект, а излучение с большей длиной волны (например, инфракрасное) уже не сможет выбить электроны. Для многих металлов эта граница находится в ультрафиолетовой области, но название исторически закрепилось как общее обозначение порога фотоэффекта.

Ответ: Красная граница фотоэффекта — это минимальная частота (или максимальная длина волны) света, способного вызвать фотоэффект. Она определяется работой выхода вещества. Название «красная» происходит от того, что красный цвет в видимом спектре имеет наименьшую частоту и наибольшую длину волны, и, таким образом, символизирует границу по минимальной энергии фотонов, необходимой для начала явления.