Номер 1, страница 190 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

1. Что называют фотоэффектом?

1. Фотоэффектом (или фотоэлектрическим эффектом) называют явление испускания электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. Электроны, которые вылетают из вещества в результате этого процесса, называют фотоэлектронами.

Существует несколько видов фотоэффекта:

• Внешний фотоэффект. Это испускание электронов с поверхности вещества (чаще всего металла) в вакуум или другую среду. Явление было открыто Генрихом Герцем в 1887 году и подробно исследовано Александром Столетовым. Именно этот вид обычно подразумевается под термином «фотоэффект».

• Внутренний фотоэффект. Это изменение энергетического состояния электронов внутри вещества (характерно для полупроводников и диэлектриков) под действием света. Электроны не покидают вещество, а переходят с одних энергетических уровней на другие (например, из валентной зоны в зону проводимости), что приводит к увеличению электропроводности вещества. Это явление лежит в основе работы фоторезисторов и ПЗС-матриц.

Классическая электродинамика, рассматривающая свет как непрерывную волну, не смогла объяснить ключевые закономерности внешнего фотоэффекта. Теоретическое объяснение было предложено Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Он выдвинул гипотезу, что свет состоит из дискретных порций энергии — квантов, позже названных фотонами. Энергия одного фотона прямо пропорциональна его частоте:

$E = h\nu$

где $\text{E}$ — энергия фотона, $\nu$ (ню) — частота излучения, а $\text{h}$ — постоянная Планка ($h \approx 6.626 \cdot 10^{-34}$ Дж·с).

Согласно теории Эйнштейна, при поглощении фотона вся его энергия передаётся одному электрону. Эта энергия расходуется на преодоление сил, удерживающих электрон в веществе (на совершение работы выхода $A_{вых}$), а оставшаяся часть переходит в кинетическую энергию фотоэлектрона $E_k$. Этот баланс энергии описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

$h\nu = A_{вых} + E_k$

Из этого уравнения следуют три основных закона внешнего фотоэффекта:

1. Количество фотоэлектронов, испускаемых в единицу времени (сила фототока насыщения), прямо пропорционально интенсивности падающего света. Иными словами, чем больше фотонов падает на поверхность, тем больше электронов выбивается.

2. Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности. $E_{k_{max}} = h\nu - A_{вых}$.

3. Для каждого вещества существует минимальная частота света $\nu_{min}$, называемая «красной границей» фотоэффекта, ниже которой явление не наблюдается, какой бы высокой ни была интенсивность света. Это происходит, когда энергии фотона недостаточно даже для совершения работы выхода: $h\nu_{min} = A_{вых}$.

Объяснение фотоэффекта стало одним из решающих доказательств корпускулярно-волнового дуализма — представления о том, что свет обладает свойствами как волны, так и потока частиц.

Ответ: Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения), основанное на передаче энергии световых квантов (фотонов) электронам.