Brug Einstein fotoelektrisk ligning til at forklare, hvorfor for en bestemt metalelektroner kun udsendes, når hyppigheden af ​​hændelsesstråling er større end en vis værdi?

Einstein -fotoelektrisk ligning forklarer smukt, hvorfor elektroner kun udsendes fra et metal, når hyppigheden af ​​hændelsesstråling overstiger en bestemt tærskelværdi. Her er en sammenbrud:

Einsteins fotoelektriske ligning:

Ligningen hedder, at den kinetiske energi (KE) for en udsendt elektron er lig med energien fra den hændelsesfoton (Hν) minus arbejdsfunktionen (φ) på metallet:

ke =hν - φ

Hvor:

* ke: Kinetisk energi fra den udsendte elektron

* h: Planck's Constant (6,63 × 10⁻³⁴ J · S)

* v: Hyppigheden af ​​hændelsesstrålingen

* φ: Arbejdsfunktion af metallet (den minimale energi, der kræves for at fjerne et elektron fra metaloverfladen)

Forklaring:

1. Arbejdsfunktion: Arbejdsfunktionen (φ) repræsenterer energibindingen et elektron til metallet. Det er en bestemt værdi for hvert metal.

2. fotonenergi: Energien fra en foton er direkte proportional med dens frekvens (E =Hν).

3. Tærskelfrekvens: For at et elektron udsendes, skal fotons energi (Hν) være større end eller lig med arbejdsfunktionen (φ). Dette betyder, at der er en minimumsfrekvens (v₀), under hvilken der ikke vil blive udsendt nogen elektroner, uanset lysets intensitet. Dette er kendt som tærskelfrekvens .

Hvorfor frekvens betyder noget:

* nedenfor tærskelfrekvens: Hvis hyppigheden af ​​hændelsesstrålingen er mindre end tærskelfrekvensen (v <ν₀), er fotons energi utilstrækkelig til at overvinde arbejdsfunktionen. Derfor udsendes ingen elektroner, selvom lysintensiteten er høj.

* ved tærskelfrekvens: Når frekvensen når tærskelfrekvensen (v =v₀), er fotons energi nøjagtigt lig med arbejdsfunktionen. Elektroner udsendes, men de har nul kinetisk energi (KE =0).

* over tærskelfrekvens: Hvis frekvensen er højere end tærskelfrekvensen (v> ν₀), har fotonen nok energi til at overvinde arbejdsfunktionen og tilvejebringe yderligere kinetisk energi til det udsendte elektron. Jo højere frekvens, jo større er den kinetiske energi fra de udsendte elektroner.

Konklusion:

Einstein -fotoelektrisk ligning forklarer frekvensafhængigheden af ​​den fotoelektriske effekt, fordi den etablerer et direkte forhold mellem energien i den hændelsesfoton og metalets arbejdsfunktion. Ligningen demonstrerer elegant, at elektroner kun skubbes ud, når fotons energi er tilstrækkelig til at overvinde metalens bindende energi, som er direkte bundet til lysfrekvensen.