Калькулятор фотоэффекта

О фотоэффекте

Фотоэффект возникает, когда электромагнитное излучение передаёт электрону на поверхности материала достаточно энергии для выхода наружу. Наблюдение этого явления помогло установить, что свет поступает дискретными порциями — фотонами. Энергия фотона равна E = hf, где h — постоянная Планка, f — частота. Поскольку частота и длина волны связаны соотношением c = λf, более короткая волна несёт больше энергии на фотон. Калькулятор принимает частоту в герцах, длину волны в нанометрах или энергию фотона непосредственно в электронвольтах. Работа выхода — минимальная энергия для освобождения электрона с поверхности. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона равна энергии фотона за вычетом работы выхода. Если энергия фотона не превышает работу выхода, расчётная кинетическая энергия равна нулю и фотоэмиссия не происходит. Увеличение интенсивности даёт больше фотонов и может высвободить больше электронов, но не позволяет отдельному фотону с энергией ниже порога выбить электрон. Пороговая частота равна работе выхода, делённой на постоянную Планка. Это минимальная частота падающего света, способная вызвать эмиссию. Соответствующая предельная длина волны — наибольшая длина волны, допускающая эмиссию; она равна скорости света, делённой на пороговую частоту. Калькулятор также переводит положительную кинетическую энергию из электронвольт в джоули и по классическому соотношению KE = mv²/2 оценивает скорость самого быстрого электрона. Это идеальный максимум: электроны из глубины реального материала могут потерять энергию до выхода с поверхности. Работа выхода зависит от материала, грани кристалла, чистоты поверхности, покрытий, температуры и условий измерения. Опубликованные значения поэтому являются типичными, а не универсальными. В учебных примерах часто используют цезий около 2.14 eV, натрий около 2.28 eV, цинк около 4.33 eV и золото около 5.1 eV. Если важна точность, выбирайте значение для конкретного образца. Расчёты фотоэффекта полезны в задачах квантовой физики, выборе фотокатодов, вакуумных фотоэлементах, спектроскопии поверхности и проектировании детекторов. Простая модель предполагает передачу энергии одного фотона одному электрону и не учитывает зонную структуру, контактные потенциалы, рассеяние электронов и релятивистские поправки. Она лучше подходит для понимания энергетических порогов и идеальных максимумов, чем для предсказания полного измеренного спектра эмиссии.

Примеры фотоэффекта

Как пользоваться калькулятором

1. Задайте падающий свет частотой, длиной волны или энергией фотона.
2. Введите положительную работу выхода освещаемого материала в электронвольтах.
3. Нажмите «Рассчитать фотоэффект».
4. Сравните энергию фотона с порогом и посмотрите кинетическую энергию и скорость электрона.

Частые вопросы