Объяснение внешнего фотоэффекта в металлах было дано в 1905 г. нем. ученым Альбертом Эйнштейном на основе квантовой теории.
Если считать свет потоком частиц – квантов, то становится понятно: один квант поглощается одним электроном. Логично предположить, что сколько квантов поглотилось, столько электронов подверглись воздействию. Квант световой энергии передается электрону (см. рис. 1).
Рис. 1. Поглощение электроном кванта световой энергии
И если кванта световой энергии для выхода электрона недостаточно, электрон не выбивается, а остается в металле. Если энергии достаточно, лишняя энергия передаётся электрону в виде кинетической энергии его движения после выхода из металла (см. рис. 2).
Рис. 2. Условие выхода электрона из металла
Эта закономерность отражена в уравнении Эйнштейна для фотоэффекта, которое выглядит так:
– это работа выхода – минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.
, 
- энергия фотона.
- максимальная кинетическая энергия электрона.
Уравнение Эйнштейна: Квант энергии света расходуется на совершение работы выхода 
и на сообщение электрону кинетической энергии. По сути, уравнение Эйнштейна является реализацией закона сохранения энергии.
Как найти красную границу фотоэффекта?
Запишем уравнение Эйнштейна для этого случая. Т. к. энергии такого кванта хватает только на то, чтобы выбить электрон, и на его разгон энергии уже нет (см. рис. 3), составляющая 
будет равна нулю:
,
– красная граница фотоэффекта.
Рис. 3. Зависимость кинетической энергии фотоэлектрона от частоты падающего света
Частота или длина волны, соответствующие красной границе фотоэффекта, зависят от вещества и определяются величиной работы выхода электрона из данного вещества.
|
|
См.дальше
Примеры решения задач:
1. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, для натрия составляет 530 нм. Определите работу выхода электронов из натрия.
 |
Дано: CИ
λкр = 530 нм 530∙ 10 -9 м
c = 3∙ 108 м/с
h = 6, 63 ∙ 10-34Дж×с
_________________
Авых-?
Решение
Работа выхода в Дж находится по формуле Авых = hνкр, Авых = 
Авых = 6, 6 ∙ 10-34 ∙ 3 ∙108/ 530 ∙ 10-9 = 3,73 ∙10-19 Дж
Выразим работу выхода в эВ
Авых =А вых / 1,6 ∙10 -19 Дж =2, 34 эВ
Ответ: 2, 34 эВ
2.Определить наибольшую длину волны света, при которой может проходить фотоэффект, если работа выхода 8,5∙ 10 - 19 Дж.
Дано: Решение:
Авых = 8,5∙ 10- 19 Дж Авых = hνкр, Авых = ,
c = 3∙ 108 м/с λкр = 
,
h = 6, 63 ∙ 10-34Дж×с λкр = 6, 63 ∙ 10-34Дж×с 3∙ 108 м/с / 8,5∙ 10 - 19 Дж = 
λкр -? = 2,34∙ 10 -7 м
Ответ: 2,34∙ 10 -7 м
Задание
Сделать краткий конспект (определения и формулы)
Решить задачи.
1. (Бадьина А., Батуева Д.) Красной границе фотоэффекта для алюминия соответствует длина волны 0,332 мкм. Найти длину волны монохроматической световой волны, падающей на алюминиевый электрод, если фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 1 В.
2. (Брагина Ю., Буторов А.) Работа выхода электрона из цезия 1,89 эВ. Определить красную границу фотоэффекта для цезия.
3. (Васильева К., Говядина К.) Работа выхода электрона с поверхности меди равна 4,5 эВ. На нее падает излучение с частотой колебаний 1,2∙1015 Гц. Будет ли происходить фотоэффект?
|
|
4. (Ерухина Е.,Калинина Д.) Работа выхода у бария равна 1,1 эВ. При какой длине волны начнется фотоэффект на поверхности этого материала? К какому типу относится это излучение?
5. (Карачева А., Клюцева Ю..) Фотон выбивает с поверхности металла с работой выхода 2 эВ электрон с энергией 2 эВ. Какова минимальная энергия такого фотона?
6. (Коновалов Д., Костылева К.) Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, для натрия составляет 530 нм. Определите работу выхода электронов из натрия.
7. (Муцкая О., Невлянинова В.) Работа выхода электронов из золота равна 4,76 эВ. Найдите красную границу фотоэффекта для золота.
8. (Паршина Н., Пискова С..) Работа выхода электронов из ртути равна 4,53 эВ. Возникнет ли фотоэффект, если на поверхность ртути направить видимый свет?
9. (Плотникова К., Постнова Е.) Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова частота света, если максимальная скорость фотоэлектронов равна 7,2 • 105 м/с?
10. (СеменковаА., Слинкина М.) Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих из калия при его освещении лучами с длиной волны 345 нм. Работа выхода электронов из калия равна 2,26 эВ.
11. (Уланова А., Чупраков А..) Максимальная энергия фотоэлектронов, вылетающих из рубидия при его освещении ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 317 нм, равна 2,84 • 10-19 Дж. Определите работу выхода и красную границу фотоэффекта для рубидия.
12. (Шаклеина Е., Шеснина Е..) Наибольшая длина волны света, при которой еще может наблюдаться фотоэффект для калия, равна 450 нм. Найдите скорость электронов, выбитых из калия светом с длиной волны 300 нм.
|
|
13. (Яровая П.) Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта, для некоторого металла равна 275 нм. Найдите работу выхода электронов из этого металла, максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых из него светом с длиной волны 180 нм, и максимальную кинетическую энергию электронов.