Почему в эксперименте с фотоэлектрическим эффектом количество фотоэлектронов не изменится при увеличении частоты?

Если увеличить частоту света, то увеличится и энергия фотонов. Мы можем ясно видеть это из этого уравнения,

Е "=" час ν ; ν это частота света

введите описание изображения здесь

Мы знаем, что электроны теряют энергию при выходе из металлической решетки из-за столкновений. Некоторые электроны теряют всю энергию из-за столкновений, прежде чем покинуть металл, и поэтому они не могут покинуть металлическую решетку. Но теперь, поскольку энергия, переданная им фотонами, больше, они теперь могут выбраться из атома, несмотря на все столкновения. Итак, учитывая эти электроны, которые теперь успевают выйти, количество фотоэлектронов определенно должно увеличиваться при увеличении частоты света.

Если количество фотоэлектронов увеличилось, то ток насыщения (фототок, при котором электроны с нулевой кинетической энергией также могут покинуть решетку металла) будет увеличиваться. Это связано с тем, что может случиться так, что электрон, ранее потерявший всю свою энергию, прежде чем попасть на поверхность атома, выйдет из металлической решетки с нулевой кинетической энергией.

Следовательно, этот график зависимости фототока от потенциала анода на двух разных частотах неверен. Ток насыщения света с большей частотой должен быть больше, так как количество электронов, достигающих другой пластины, больше. (Ток насыщения на самом деле является мерой фотоэлектронов, которые достигают другой пластины).

Что я упускаю?

Пожалуйста, не давайте никаких объяснений, основанных на формулах.

Чтобы лучше проиллюстрировать то, что я говорю,

Рассмотрим электрон. В ситуации 1 он поглотил 3ev (числа взяты случайно) энергии от конкретного фотона. На пути из атома он столкнулся со столкновениями. Скажем, для преодоления этих столкновений ему нужно отдать 4эв энергии. Но поскольку у электрона нет такой большой энергии, он не сможет выйти из атома. В ситуации 2, скажем, частота света увеличивается, и поэтому этому электрону передается больше энергии, скажем, 5 эв. Теперь, на выходе из атома, у него будет достаточно энергии, чтобы выдержать все эти столкновения и выйти наружу. Следовательно, он становится фотоэлектроном.

введите описание изображения здесь

Ответы (3)

Кинетическая энергия фотоэлектрона зависит от энергии, необходимой для его отрыва от решетки, и от энергии падающего фотона, который это сделал. Поскольку на самом деле это поверхностный эффект, столкновения с атомами решетки не очень важны. Итак, когда вы направляете свет на поверхность металла, количество испускаемых электронов зависит от КОЛИЧЕСТВА фотонов. Само излучение, конечно, зависит от энергии. Так что, поскольку электронам в металле нужно определенное количество энергии, чтобы отвести его от решетки, фотон должен иметь по крайней мере столько энергии. Но один фотон может выбить только один электрон и т. д. Теперь в вашем сценарии вы говорите, что есть электроны, которые просто не могут выбраться из металла... но задумывались ли вы, как фотон может добраться до этого электрона? Металлы не очень хорошие прозрачные материалы... свет взаимодействует с металлом прямо на поверхности. Таким образом, электроны с поверхности выбиваются наружу. Таким образом, эффекты столкновения, о которых вы говорите, почти не влияют на фотоэлектрический эффект. Экспериментальные данные показывают, что для запуска эффекта в данном металле требуется только одна уникальная энергия.

Все это время во всей теории фотоэффекта мы не решались говорить о кинетических энергиях электронов. Мы говорили только о диапазоне кинетической энергии. Если бы ваше предположение было таким верным, то мы могли бы взять максимальные кинетические энергии, которыми будут обладать электроны внешней поверхности, и работать с ними.
Что вы имеете в виду, говоря, что «металлы — не очень хорошие прозрачные материалы». Металл состоит из элементарных ячеек, которые при повторении во всех измерениях образуют всю решетку. Таким образом, металлическая решетка на поверхности имеет ту же среду, что и внутренние части решетки. Также электроны на поверхности металла не принадлежат какому-то конкретному ядру, они могут перемещаться по всей решетке. Таким образом, электрон, находившийся во внутреннем ядре, в следующий момент может оказаться на внешней поверхности. После того, как свет испустит несколько фотонов, их место займут электроны внутри металлической решетки, чтобы восполнить дефицит.
Теперь те электроны, которые пришли занять место фотоэлектронов, выбрасываются наружу. Итак, я думаю, это ясно объясняет, почему ваш аргумент о том, что свет выбрасывает электроны на поверхность атома металла, в основном безоснователен.
@Blue, Нет. Окружение атома на поверхности металла не идентично окружению атома в объеме. Дальний порядок (бесконечно простирающийся во всех направлениях) — это теоретическое описание кристалла. В действительности никакие кристаллы не имеют бесконечной длины в трех измерениях.
@Unnikrishnan, хорошо, даже если учесть это, это правда, что когда электроны с поверхности выбрасываются наружу, электроны, находящиеся во внутренней части ядра, устремятся занять их место. Поэтому можно сказать, что все электроны решетки металла имеют хорошие шансы выбраться наружу.
@Unnikrishnan: Когда я говорю «поверхность», я не имею в виду слой металла, подвергающийся воздействию внешней среды. Мы также можем говорить о слое, «просто» примыкающем к нему. Можем ли мы теперь сказать, что у него будет такое же окружение и что фотоны достигнут его?
Согласно квантовой теории вещества, электроны в атоме занимают дискретные связанные состояния. Электроны, лежащие близко к ядру, связаны прочно, а те, которые находятся далеко, связаны слабо. Энергия связанного состояния валентных электронов очень высока и близка к континуальным значениям. Следовательно, они более уязвимы к колебательному потенциалу. Итак, электрон не может просто перепрыгнуть с одного ядра на другое, если ему не будет передана соответствующая энергия. При фотоэффекте (один из многих способов взаимодействия вещества с излучением) валентные электроны выбрасываются из валентной оболочки.
Кроме того, вы должны проверить это: en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect и hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod2.html .
В том месте, где только что покинули фотоэлектроны, возникает дефицит электронов. Ядро будет проявлять силу; некоторые электроны (возможно, не из самого внутреннего ядра) обязательно займут их место. Вы говорите, что они не будут?
И, как я уже упоминал, для данного металла количество энергии, необходимое для выброса фотоэлектрона, всегда одинаково, что предполагает, что это всегда электрон в одном и том же энергетическом состоянии...
Или вы сказали бы, что можно получить фотоэлектрон с почти нулевой кинетической энергией, используя более энергичные фотоны? Я считаю, что вы игнорируете многие экспериментальные данные...

Металл имеет работу выхода. ф и связанные с ф это очень специфическая частота, иногда называемая пороговой частотой , и, как вы, несомненно, знаете, ЭМ-излучение должно иметь частоту, большую или равную этой, чтобы вызвать фотоэлектронную эмиссию.

Если увеличить эту частоту ЭМ излучения, количество фотонов, высвобождаемых из металла, не увеличится, поскольку свет взаимодействует с электронами в веществе один к одному . То есть: только 1 фотон может дать достаточно энергии, чтобы высвободить 1 электрон. Увеличение частоты просто даст электронам больше кинетической энергии, когда они вылетят с поверхности металла.

Вам придется увеличить интенсивность ЭМ-излучения (при условии, что его частота выше пороговой частоты), чтобы увеличить количество фотоэлектронов, высвобождаемых в секунду.

Рассмотрим электрон. В ситуации 1 он поглотил 3ev (числа взяты случайно) энергии от конкретного фотона. На пути из атома он столкнулся со столкновениями. Скажем, для преодоления этих столкновений ему нужно отдать 4эв энергии. Но поскольку у электрона нет такой большой энергии, он не сможет выйти из атома. В ситуации 2, скажем, частота света увеличивается, и поэтому этому электрону передается больше энергии, скажем, 5 эв. Теперь, на выходе из атома, у него будет достаточно энергии, чтобы выдержать все эти столкновения и выйти наружу. Поэтому он становится фотоэлектроном
@Blue Хорошо, хорошо, мне нужно еще немного времени, чтобы подумать об этом. Если я не могу понять это, надеюсь, кто-то другой сможет дать вам лучший ответ, чем этот.

Вопрос получил действительно простой концептуальный ответ.

При увеличении частоты фотонов энергия фотона увеличивается. Фотоэлектрический эффект — это явление, которое усиливается только тогда, когда большое количество поверхностных электронов выбивается, то есть большое количество поверхностных электронов сталкивается с падающими фотонами.

Увеличение частоты увеличивает энергию каждого фотона, но увеличение интенсивности увеличивает количество фотонов. Фотоэффект усиливается только тогда, когда большие электроны выбиваются с поверхности, что происходит только при высокой интенсивности света.

Почему в эксперименте с фотоэлектрическим эффектом количество фотоэлектронов не изменится при увеличении частоты?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v