Вопрос задан 17.04.2025 в 11:39. Предмет Физика. Спрашивает Гарбузов Роман.

Цинковый шар с электроемкостью 20 пФ уединен и облучен светом. Длина волны света 324 нм. Считая, значение работы выхода для цинка равна 3∙〖10〗^(-19) Дж, найдите максимальное число электронов, вырванных с поверхности шара? Постоянная Планка 6,62∙〖10〗^(-34) Дж∙с , заряд электрона равен 1,6∙〖10〗^(-19) Кл, скорость света в вакууме 3∙〖10〗^8 м/с.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Антоненко Алина.

Для того чтобы найти максимальное количество электронов, которые могут быть вырваны с поверхности цинкового шара при облучении светом, нужно использовать эффект фотоэлектрического эффекта.

  1. Шаг 1: Рассчитаем энергию фотона.

Для этого используем формулу для энергии фотона:

Eфотона=hcλE_{\text{фотона}} = \frac{h \cdot c}{\lambda}

где:

  • hh — постоянная Планка (6,62×1034Джс6,62 \times 10^{-34} \, \text{Дж} \cdot \text{с}),
  • cc — скорость света (3×108м/с3 \times 10^8 \, \text{м/с}),
  • λ\lambda — длина волны света (324нм=324×109м324 \, \text{нм} = 324 \times 10^{-9} \, \text{м}).

Подставляем значения:

Eфотона=6,62×10343×108324×109=6,12×1019ДжE_{\text{фотона}} = \frac{6,62 \times 10^{-34} \cdot 3 \times 10^8}{324 \times 10^{-9}} = 6,12 \times 10^{-19} \, \text{Дж}
  1. Шаг 2: Рассчитаем энергию, необходимую для выбивания одного электрона.

Из условия задачи известно, что работа выхода для цинка составляет A=3×1019ДжA = 3 \times 10^{-19} \, \text{Дж}. Для того чтобы электрон был вырван с поверхности металла, энергия фотона должна быть больше работы выхода. В этом случае энергия, переданная одному электрону, будет равна разности между энергией фотона и работой выхода:

Eвыхода=EфотонаA=6,12×10193×1019=3,12×1019ДжE_{\text{выхода}} = E_{\text{фотона}} - A = 6,12 \times 10^{-19} - 3 \times 10^{-19} = 3,12 \times 10^{-19} \, \text{Дж}
  1. Шаг 3: Рассчитаем максимальное количество электронов, которое может быть вырвано с поверхности.

Электроемкость шара связана с количеством зарядов, которые могут быть накоплены на его поверхности. Энергия, запасенная в электрическом поле шара, равна:

Eзаряда=Q22CE_{\text{заряда}} = \frac{Q^2}{2C}

где:

  • QQ — заряд, накопленный на шаре,
  • CC — электрическая ёмкость шара (20 пФ = 20×1012Ф 20 \times 10^{-12} \, \text{Ф}).

Максимальный заряд на шаре можно найти через количество электронов NN, которые могут быть вырваны с его поверхности:

Q=NeQ = N \cdot e

где ee — заряд одного электрона (1,6×1019Кл1,6 \times 10^{-19} \, \text{Кл}).

Теперь подставим это выражение в формулу для энергии:

Eзаряда=(Ne)22CE_{\text{заряда}} = \frac{(N \cdot e)^2}{2C}

При этом энергия, которая расходуется на выбивание электронов, равна:

Eзаряда=NEвыходаE_{\text{заряда}} = N \cdot E_{\text{выхода}}

Равняем эти два выражения:

(Ne)22C=NEвыхода\frac{(N \cdot e)^2}{2C} = N \cdot E_{\text{выхода}}

Упростим это уравнение:

Ne22C=Eвыхода\frac{N \cdot e^2}{2C} = E_{\text{выхода}}

Теперь выразим NN:

N=2CEвыходаe2N = \frac{2C \cdot E_{\text{выхода}}}{e^2}

Подставляем значения:

N=220×10123,12×1019(1,6×1019)2N = \frac{2 \cdot 20 \times 10^{-12} \cdot 3,12 \times 10^{-19}}{(1,6 \times 10^{-19})^2} N3,9×104N \approx 3,9 \times 10^4

Итак, максимальное количество электронов, которые могут быть вырваны с поверхности цинкового шара, равно примерно 3,9×1043,9 \times 10^4.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос