Физика

13.3. Фотоэффект: волновая и квантовая теории
13.3.3. «Красная граница» фотоэффекта

«Красная граница» фотоэффекта — минимальная частота νmin (или максимальная длина волны λmax), ниже (выше — в случае длины волны) которой свет любой интенсивности не вызывает фотоэффекта.

Из уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

E γ = A вых + T e max

следует, что внешний фотоэффект возможен при энергии фотона, превышающей работу выхода, т.е.

E γA вых,

где E γ — энергия фотона; A вых — работа выхода; T e max  — максимальная энергия фотоэлектронов.

«Красная граница» фотоэффекта зависит только от вида вещества и степени обработки его поверхности и не зависит от характеристик излучения.

Условие начала фотоэффекта: фотоэффект начинается при энергии фотона, равной работе выхода электронов из данного вещества:

E γ = A вых,

где E γ — энергия фотона; A вых — работа выхода.

Из этого условия следует, что

  • «красная граница» фотоэффекта по частоте (минимальная частота фотонов, при которой начинается фотоэффект) определяется формулой

ν 0 = A вых h ,

где A вых — работа выхода; h — постоянная Планка, h = 6,626 ⋅ 10−34 Дж ⋅ с;

  • «красная граница» фотоэффекта по длине волны (максимальная длина волны, при которой начинается фотоэффект) определяется формулой

λ 0 = h c A вых ,

где h — постоянная Планка, h = 6,626 ⋅ 10−34 Дж ⋅ с; c — скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 108 м/с; A вых — работа выхода.

Пример 8. Работа выхода электрона с поверхности серебра равна 4,75 эВ. Найти минимальную частоту фотона, способного вызвать фотоэффект с поверхности серебра.

Решение. Внешний фотоэффект возможен при энергии фотона, превышающей работу выхода, т.е.

E γA вых,

где E γ — энергия фотона; A вых — работа выхода электронов с поверхности серебра, A вых = 4,75 эВ.

Минимальное значение энергии фотона, способного вызвать фотоэффект с указанной поверхности, определяется равенством:

E γ min = A вых .

Минимальному значению энергии фотона соответствует минимальная частота:

E γ min = h ν min ,

где h — постоянная Планка, h = 6,63 ⋅ 10−34 Дж ⋅ с.

Равенство

hνmin = A вых

позволяет рассчитать минимальную частоту фотона, способного вызвать фотоэффект с поверхности серебра:

ν min = A вых h = 4,75 1,6 10 19 6,63 10 34 = 1,15 10 15 Гц.

Минимальная частота фотона, способного вызвать фотоэффект с поверхности серебра, — «красная граница» фотоэффекта — равна 1,15 ⋅ 1015 Гц.