Номер 71.26, страница 247 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 71. Строение атома. Основы квантовой теории. Глава 10. Квантовые явления - номер 71.26, страница 247.

71.26 [1651]Почему фотоэффект легко обнаруживается на щелочных металлах, например на цезии?

71.26 [1651] Фотоэффект легко обнаруживается на щелочных металлах по причине их особого электронного строения, которое обуславливает очень низкую работу выхода электронов.

Фотоэффект — это явление вырывания электронов из вещества под действием света. Согласно теории фотоэффекта, предложенной Альбертом Эйнштейном, для того чтобы электрон покинул поверхность металла, падающий на него фотон света должен обладать энергией $E = h\nu$, достаточной для совершения работы выхода $A_{вых}$. Работа выхода — это минимальная энергия, которую нужно затратить, чтобы удалить электрон из металла. Если энергия фотона превышает работу выхода, то избыток энергии переходит в кинетическую энергию вылетевшего электрона $E_k$:

$h\nu = A_{вых} + E_k$

Таким образом, ключевое условие для наблюдения фотоэффекта: $h\nu \ge A_{вых}$.

Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs) являются элементами первой группы периодической системы. Их атомы имеют на внешней электронной оболочке один-единственный валентный электрон. Этот электрон находится на большом расстоянии от ядра, и его притяжение к ядру значительно ослаблено (экранировано) внутренними электронными слоями. Вследствие этого валентный электрон связан с атомом очень слабо, и для его отрыва требуется небольшая энергия.

Именно эта особенность и определяет крайне низкую работу выхода для щелочных металлов. У цезия, например, работа выхода одна из самых низких среди всех металлов (около $1.9 \text{ эВ}$).

Низкое значение работы выхода приводит к тому, что "красная граница" фотоэффекта — минимальная частота (максимальная длина волны) света, способного вызвать фотоэффект, — для щелочных металлов лежит в области видимого спектра. Это означает, что даже фотоны обычного дневного или лампового света обладают достаточной энергией, чтобы выбивать электроны из цезия и других щелочных металлов. Для большинства же других металлов работа выхода существенно выше, и фотоэффект для них наблюдается только при облучении более высокоэнергетическим ультрафиолетовым излучением.

Ответ: Фотоэффект легко обнаруживается на щелочных металлах, например на цезии, потому что они обладают очень низкой работой выхода. Это свойство обусловлено их атомным строением: единственный валентный электрон на внешней оболочке слабо связан с ядром. Из-за низкой работы выхода даже фотоны видимого света (а не только ультрафиолетового) имеют достаточную энергию для вырывания электронов с их поверхности, что делает явление легко наблюдаемым.