Что такое калькулятор фотоэффекта?
Этот калькулятор использует уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и вычисляет максимальную кинетическую энергию электронов, которые вылетают с поверхности металла под действием света заданной частоты. Когда фотон с энергией \(hf\) попадает на металл, часть этой энергии (работа выхода φ) уходит на отрыв электрона, а остаток превращается в его кинетическую энергию.
Как пользоваться
Введите частоту падающего света в герцах (можно в научной нотации, например 1.0e15) и работу выхода металла в электронвольтах (эВ). Калькулятор выдаст максимальную кинетическую энергию сразу в эВ и в джоулях, энергию фотона, а также пороговую частоту, ниже которой электроны вообще не вылетают.
Разбор формулы
Основное уравнение — $$KE_{max} = hf - \varphi$$ где \(h = 6{,}62607015\times10^{-34}\ \text{Дж}\cdot\text{с}\) — постоянная Планка, \(f\) — частота света, а \(\varphi\) — работа выхода. Чтобы перейти к электронвольтам, энергию фотона в джоулях делят на элементарный заряд \(1{,}602176634\times10^{-19}\ \text{Дж/эВ}\). Пороговую частоту находят из условия \(KE_{max} = 0\): $$f_0 = \frac{\varphi}{h}$$
Пример расчёта
Пусть свет с частотой \(f = 1{,}0\times10^{15}\ \text{Гц}\) падает на металл с работой выхода \(\varphi = 2{,}3\ \text{эВ}\). Энергия фотона: $$hf = 6{,}62607015\times10^{-19}\ \text{Дж} \approx 4{,}136\ \text{эВ}$$ Тогда $$KE_{max} = 4{,}136 - 2{,}3 \approx 1{,}836\ \text{эВ}$$ Пороговая частота равна $$f_0 = \frac{2{,}3 \times 1{,}602176634\times10^{-19}}{6{,}62607015\times10^{-34}} \approx 5{,}56\times10^{14}\ \text{Гц}$$
Частые вопросы
Что значит отрицательное KE_max? Отрицательное значение говорит о том, что энергия фотона меньше работы выхода, поэтому электроны не вылетают.
Влияет ли интенсивность света? На кинетическую энергию — нет, важна только частота. Чем выше интенсивность, тем больше электронов вылетает, но их энергия от этого не растёт.
Что такое пороговая частота? Это минимальная частота, при которой электрон ещё может вылететь. Свет с частотой ниже пороговой не выбивает фотоэлектронов, какой бы ни была его интенсивность.
