5.1.4 Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Видеоурок 1: Теория фотоэффекта

Лекция: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Макс Планк был уверен, что свет не только поглощается и излучается определенными конечными порциями, но и распространение его в пространстве происходит благодаря квантам, имеющим единичную энергию h𝜈. До некоторого времени данная гипотеза только позволяла математически рассчитывать энергию, однако только Эйнштейн позволил воплотить её в жизнь. Частицы, которые несли единичную энергию, получили название фотоны. Фотоны света способны передвигаться в пространстве и взаимодействовать с другими частицами. Примером такого взаимодействия является фотоэффект, в результате которого фотоны налетают на электроны, передавая им энергию и импульс, а те в свою очередь начинают направленное движение.

В результате столкновения фотона и частицы, фотон полностью поглощается, в результате чего происходит моментальное изменение кинетической энергии. Как известно, при любых процессах, взаимодействиях и любых других физических законах справедлив закон сохранения энергии. Выведением закона сохранения энергии занимался Эйнштейн, и вот что получилось:

Это формула означает, что для получения фототока, фотоны должны передать такую энергию, которую хватило бы на работу выхода электрона с поверхности вещества под действием тока, а также для придания ему нужной скорости. В данном случае второе слагаемое показывает, какую максимальную кинетическую энергию получит электрон при поглощении фотона.

Данная формула указывает на достаточно простой случай - когда электрон находится на поверхности металла в свободном состоянии. То есть для его вырывания не нужно проникать вглубь вещества, а так же разрушать связи его с атомом.

Законы фотоэффекта говорят, что для выбивания некоторого количества электронов, необходимо какое-то количество фотонов.

Так же можно заметить, что энергия, которую получит электрон для собственного ускорения, зависит от частоты излучения и вовсе не зависит от интенсивности света. Фотоэффект может получиться и без дополнительной энергии, идущей на кинетическую энергию. Однако в таком случае необходима разность потенциалов. Однако, в любом случае, разность потенциалов не может вырвать электрон, для этого нужна работа выхода. Поэтому формула фотоэффекта приобретает следующий вид:

С помощью фотоэффекта можно расчетным путем вычислить величину постоянной Планка.