Номер 5, страница 264 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудите причину того, что фототок идёт по цепи и в том случае, когда напряжение между катодом и анодом равно нулю.

Причиной существования фототока при нулевом напряжении между электродами является наличие начальной кинетической энергии у электронов, вылетающих с катода под действием света. Рассмотрим это явление подробнее.

Явление испускания электронов веществом под действием света называется фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом). Поток этих электронов, называемых фотоэлектронами, образует фототок.

Согласно уравнению Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, энергия фотона света ($h\nu$) расходуется на преодоление электроном работы выхода ($A_{вых}$ — минимальной энергии, которую нужно затратить, чтобы удалить электрон с поверхности металла) и на сообщение ему кинетической энергии ($E_к$): $h\nu = A_{вых} + E_к$ где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота падающего света.

Для того чтобы фотоэффект произошёл, энергия фотона должна быть как минимум равна работе выхода ($h\nu \geq A_{вых}$). Если энергия фотона превышает работу выхода ($h\nu > A_{вых}$), то вылетевший с катода электрон будет обладать начальной кинетической энергией: $E_к = h\nu - A_{вых} > 0$ Это означает, что электроны покидают катод уже имея некоторую начальную скорость.

Когда напряжение между катодом и анодом равно нулю ($U=0$), это означает, что между ними отсутствует внешнее электрическое поле. На электроны не действует сила, которая бы их ускоряла или тормозила. Однако, обладая начальной кинетической энергией, фотоэлектроны движутся по инерции в разных направлениях. Та часть электронов, чья скорость направлена в сторону анода, достигает его поверхности.

Когда эти электроны достигают анода, они замыкают электрическую цепь, в результате чего амперметр фиксирует наличие тока. Этот ток и есть фототок при нулевом напряжении. Конечно, его величина меньше максимально возможной (тока насыщения), так как до анода долетают не все выбитые электроны, а лишь те, чья начальная скорость имела подходящее направление.

Ответ: Фототок в цепи при нулевом напряжении между катодом и анодом существует потому, что электроны, выбитые светом с катода, обладают начальной кинетической энергией. Эта энергия, полученная от фотонов света, позволяет части электронов самостоятельно, без помощи внешнего электрического поля, долететь до анода и замкнуть электрическую цепь.