Какая скорость максимальная может быть у фотоэлектронов, когда фототок перестает при запирающем напряжении?

Pizhon

32

Хорошо, давайте рассмотрим данную задачу подробнее и найдем максимальную скорость фотоэлектронов при прекращении фототока при запирающем напряжении.

Когда свет падает на фотокатод, он обладает энергией в виде фотонов. Высокоэнергетические фотоны сталкиваются с электронами в веществе фотокатода и, если энергия фотона превышает энергию выхода электрона из фотоэмиссионного материала (также известную как работа выхода), то фотон может выбить электрон, и тот начинает двигаться.

Когда между анодом и катодом приложено запирающее напряжение, которое равно или больше работе выхода фотоэмиссионного материала, возникает электрическое поле, которое мешает движению фотоэлектронов. Если электрону удастся преодолеть это электрическое поле и достичь анода, он может создать фототок.

Максимальная скорость фотоэлектрона достигается в тот момент, когда кинетическая энергия фотоэлектрона становится равной энергии фотона, который вырывает его из фотоэмиссионного материала. Формула для расчета кинетической энергии фотоэлектрона выглядит следующим образом:

\[E_{\text{к}} = \frac{1}{2}mv^2\]

где \(E_{\text{к}}\) - кинетическая энергия фотоэлектрона, \(m\) - его масса, \(v\) - скорость фотоэлектрона.

С учетом того, что энергия фотона равна \(E_{\text{ф}} = hf\), где \(h\) это постоянная Планка, равная приблизительно \(6.63 \times 10^{-34}\) Дж·с, а \(f\) - частота света, мы можем записать уравнение для максимальной скорости фотоэлектрона:

\[hf = E_{\text{к}} + W\]

где \(W\) - работа выхода (энергия, необходимая для выхода электрона из фотоэмиссионного материала).

Из этого уравнения можно найти максимальную скорость фотоэлектрона:

\[v = \sqrt{\frac{2(hf - W)}{m}}\]

Таким образом, максимальная скорость фотоэлектрона зависит от частоты света, энергии фотона и работы выхода. Высокочастотный свет (с большей энергией фотона) и малая работа выхода приведут к более высокой максимальной скорости фотоэлектрона.

Надеюсь, этот подробный ответ помог вам понять, какая скорость максимальная может быть у фотоэлектронов, когда фототок перестает при запирающем напряжении. Если у вас возникли дополнительные вопросы, буду рад помочь!