От чего и как зависит число электронов, вырываемых из металла при фотоэффекте в единицу времени с единицы площади?

Предмет: Физика
Раздел: Квантовая физика, фотоэффект

Задание: От чего и как зависит число электронов, вырываемых из металла при фотоэффекте в единицу времени с единицы площади?

Анализ:

Фотоэффект — это явление выбивания электронов из вещества (обычно металла) под действием света. Согласно квантовой теории, свет состоит из фотонов, каждый из которых несёт энергию:

E = h \nu

где:

• h — постоянная Планка,
• \nu — частота света.

Чтобы электрон вырвался из металла, энергия фотона должна быть не меньше работы выхода A (энергии, необходимой для освобождения электрона).

Число электронов, выбиваемых с поверхности:

• Зависит от количества фотонов, падающих на поверхность за единицу времени, то есть от освещённости (интенсивности света).
• При этом, если частота света достаточна для выбивания электронов (т.е. h \nu \geq A), то каждый фотон может выбить один электрон.
• Таким образом, число выбитых электронов прямо пропорционально освещённости, при условии, что частота света выше пороговой.

Рассмотрим предложенные варианты:

1. n прямо пропорционально длине волны падающего и не зависит от других величин.
   ❌ Неверно. Длина волны связана с энергией фотона, но не с числом фотонов. Кроме того, увеличение длины волны уменьшает энергию фотона.

2. n прямо пропорционально частоте падающего и не зависит от других величин.
   ❌ Неверно. Частота определяет, возможен ли фотоэффект, но не количество электронов. Количество зависит от интенсивности.

3. n прямо пропорционально освещенности фотоземента и частоте световой волны.
   ❌ Неверно. Частота влияет на энергию фотона, но не на число выбитых электронов при условии, что она выше пороговой.

4. n прямо пропорционально освещенности фотоземента, если спектральный состав падающего света не меняется.
   ✅ Верно. При постоянной частоте (т.е. постоянной энергии фотона), число выбитых электронов прямо пропорционально числу фотонов, а значит — интенсивности света.

Ответ:
Правильный вариант — 4.
n \propto I, где I — освещённость (интенсивность света), при условии, что \nu = const.