Номер 1, страница 160 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. В чем заключается явление внешнего фотоэффекта?

1. Явление внешнего фотоэффекта, или фотоэлектронной эмиссии, — это испускание (эмиссия) электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. Электроны, которые вылетают из вещества в результате этого процесса, называются фотоэлектронами.

Хотя явление было открыто Генрихом Герцем в 1887 году и подробно исследовано А. Г. Столетовым, классическая волновая теория света не смогла объяснить его ключевые закономерности. Объяснение было предложено Альбертом Эйнштейном в 1905 году на основе квантовой гипотезы, согласно которой свет состоит из отдельных порций энергии — квантов, или фотонов.

Согласно теории Эйнштейна, энергия каждого фотона прямо пропорциональна частоте света: $E = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света. Когда фотон попадает на поверхность вещества, он поглощается одним из электронов, передавая ему всю свою энергию. Эта энергия расходуется на две части: на совершение работы выхода ($A_{вых}$) и на сообщение электрону кинетической энергии ($E_k$). Работа выхода — это минимальная энергия, необходимая для того, чтобы электрон покинул поверхность вещества; она зависит от свойств самого вещества.

Баланс энергии в этом процессе описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

$h\nu = A_{вых} + E_k$

Здесь $E_k$ — это максимальная кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший фотоэлектрон. Её можно записать как $E_k = \frac{m_e v_{max}^2}{2}$, где $m_e$ — масса электрона, а $v_{max}$ — его максимальная скорость.

Из этого уравнения следуют все законы фотоэффекта. Во-первых, существует так называемая "красная граница" фотоэффекта — минимальная частота света $\nu_{min}$ (или максимальная длина волны $\lambda_{max}$), при которой явление еще возможно. Она определяется условием $h\nu_{min} = A_{вых}$. Если частота света меньше $\nu_{min}$, фотоэффект не наблюдается независимо от интенсивности света. Во-вторых, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности. В-третьих, число испускаемых в секунду фотоэлектронов (фототок насыщения) прямо пропорционально интенсивности света (при $\nu > \nu_{min}$). В-четвертых, фотоэффект является практически безынерционным, то есть эмиссия электронов начинается практически мгновенно после начала освещения.

Ответ: Явление внешнего фотоэффекта — это испускание электронов с поверхности вещества под действием света. Суть явления заключается в том, что энергия падающих на вещество фотонов ($E = h\nu$) поглощается электронами. Если энергия фотона превышает работу выхода ($A_{вых}$) — минимальную энергию для отрыва электрона от вещества, — то электрон вылетает с поверхности, а избыток энергии ($h\nu - A_{вых}$) переходит в его кинетическую энергию. Процесс описывается уравнением Эйнштейна: $h\nu = A_{вых} + E_k$.