Номер 3, страница 237 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

3. Что такое энергия выхода?

Решение

Энергия выхода (или работа выхода) — это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он покинул поверхность твёрдого тела (например, металла) и стал свободным. Электроны в веществе удерживаются внутри него силами электростатического притяжения со стороны положительно заряженных ионов кристаллической решётки. Чтобы "вырвать" электрон с поверхности, нужно совершить работу против этих сил удержания. Эта работа и называется работой выхода.

Это понятие является ключевым в явлении внешнего фотоэффекта. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, энергия фотона $h\nu$, падающего на поверхность металла, расходуется на совершение работы выхода $A_{вых}$ и на сообщение вылетевшему электрону (фотоэлектрону) максимальной кинетической энергии $E_{к_{max}}$:

$h\nu = A_{вых} + E_{к_{max}}$

где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота падающего света.

Из этого уравнения следует, что фотоэффект может наблюдаться только в том случае, если энергия фотона превышает или равна работе выхода: $h\nu \ge A_{вых}$. Минимальная частота света $\nu_{кр}$, при которой фотоэффект становится возможным, называется красной границей фотоэффекта. При этой частоте вся энергия фотона идет только на то, чтобы вырвать электрон с поверхности, и его кинетическая энергия равна нулю. Таким образом, работу выхода можно рассчитать через красную границу:

$A_{вых} = h\nu_{кр} = \frac{hc}{\lambda_{кр}}$

где $c$ — скорость света в вакууме, а $\lambda_{кр}$ — максимальная длина волны света (соответствующая красной границе), при которой еще возможен фотоэффект.

Работа выхода является важной характеристикой вещества. Она зависит от химической природы материала, а также от состояния его поверхности (чистоты, наличия оксидных пленок и дефектов). В системе СИ работа выхода измеряется в джоулях (Дж), но на практике чаще используется внесистемная единица — электрон-вольт (эВ), где 1 эВ $\approx 1.6 \cdot 10^{-19}$ Дж.

Ответ: Энергия выхода — это минимальная энергия, необходимая для удаления электрона с поверхности вещества. Она является фундаментальной характеристикой материала, определяющей, в частности, красную границу фотоэффекта по формуле $A_{вых} = h\nu_{кр}$.