Сборник задач по ядерной физике Ядерная реакция Законы сохранения импульсная диаграмма Термоядерная реакция фотоэффект Эффект Комптона Закон Кирхгофа Волновая функция Уравнение Шрёдингера Длина волны Дебройля Волновые пакеты Туннельный эффект Оператор энергии Оператор импульса

КВАНТОВООПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ. ФИЗИКА АТОМА начало

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.

Примеры решения задач

Пример 1. Определить максимальную скорость vmax фотоэлект­ронов, вырываемых с поверхности серебра: 1) ультрафиолетовым излучением с длиной волны λ1 =0,155 мкм; 2) γ-излучением с длиной волны λ2=2,47 пм.

Решение. Максимальную скорость фотоэлектронов опреде­лим из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

ε =A+Tmax (1)

Энергия фотона вычисляется по формуле ε = hc/λ , работа выхода А указана в табл. 20 для серебра A =4,7 эВ.

Кинетическая энергия фотоэлектрона в зависимости от того, ка­кая скорость ему сообщается, может быть выражена или по класси­ческой формуле

T= ½ m0v2 (2)

или по релятивистской

Т = (m—m0)c2 (3)

Скорость фотоэлектрона зависит от энергии фотона, вызывающе­го фотоэффект: если энергия фотона ε много меньше энергии покоя электрона Е0 , то может быть применена формула (2); если же ε сравнима по размеру с Е0 , то вычисление по формуле (2) приводит к грубой ошибке, в этом случае кинетическую энергию фотоэлектрона необходимо выражать по формуле (3)

1. В формулу энергии фотона ε = hc/λ подставим значения вели­чин h, с и λ и, произведя вычисления, для ультрафиолетового излу­чения получим

ε1=1,28 аДж = 8 эВ.

Это значение энергии фотона много меньше энергии покоя элек­трона (0,51 МэВ). Следовательно, для данного случая максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона в формуле (1) может быть вы­ражена

по классической формуле (2) ε1=A+ ½ m0v2max , откуда

 (4)

 

Выпишем величины, входящие в формулу (4): ε1=1,28×10-18 Дж (вычислено выше); A=4,7 эВ = 4,7×1,6*10-19 Дж = 0,75*10-18 Дж; m0=9,11×10-31 кг (см. табл. 24).

Подставив числовые значения в формулу (4), найдем максималь­ную скорость:

vmax =1,08 Мм/с.

2. Вычислим теперь энергию фотона γ-излучения:

ε2=hc/λ2 = 8,04 фДж = 0,502 МэВ.

Работа выхода электрона (A = 4,7 эВ) пренебрежимо мала по сравнению с энергией γ-фотона, поэтому можно принять, что макси­мальная кинетическая энергия электрона равна энергии фотона:

Tmax = ε2=0,502 МэВ.

 



Так как в данном случае кинетическая энергия электрона сравни­ма с его энергией покоя, то для вычисления скорости электрона следует взять релятивистскую формулу кинетической энергии,


где E0=m0c2.

 Выполнив преобразования, найдем

Сделав вычисления, получим

 β = 0,755.

Следовательно, максимальная скорость фотоэлектронов, вырывае­мых γ-излучением,

vmax==226 Mм/c

Решение задач по физике, электротехнике, математике