Какое напряжение необходимо применить между анодом и катодом, чтобы остановить фотоэффект, если фотокатод облучается

Чтобы понять, какое напряжение необходимо применить между анодом и катодом для остановки фотоэффекта, мы должны учитывать энергию фотонов и работу выхода фотоэлемента.

Энергия фотона связана с его частотой следующим образом: $E=hv$, где $h$ - постоянная Планка, равная $6.6261\times {10}^{-34}\text{Дж}\cdot \text{с}$.
Частота света $v$ для остановки фотоэффекта называется красной границей и обозначается как $v_0$.

Чтобы остановить фотоэффект, энергия фотонов должна быть больше или равна работе выхода фотокатода, так как энергия фотона используется для выбивания электронов из вещества фотокатода. Работа выхода фотокатода обозначается как $W$.

Мы можем найти работу выхода фотокатода, используя разницу в энергиях между красной границей и энергией фотона, связанным с частотой излучения фотокатода:

$$W=h{v}_0-hv$$

Подставляя значения $v_0=1,5\times {10}^{15}$ Гц и $v=6,6\times {10}^{15}$ Гц, и используя значение постоянной Планка $h$, мы сможем найти работу выхода фотокатода.

Прежде чем продолжить, необходимо преобразовать значения частоты излучения света из герц в джоули:

$$\begin{array}{rl}{v}_0& =1,5\times {10}^{15}\text{Гц}=1,5\times {10}^{15}{\text{с}}^{-1}\\ v& =6,6\times {10}^{15}\text{Гц}=6,6\times {10}^{15}{\text{с}}^{-1}\end{array}$$

Теперь мы можем вычислить работу выхода фотокатода:

$$\begin{array}{rl}W& =h{v}_0-hv\\ & =(6.6261\times {10}^{-34}\text{Дж}\cdot \text{с})(1,5\times {10}^{15}{\text{с}}^{-1})-(6.6261\times {10}^{-34}\text{Дж}\cdot \text{с})(6,6\times {10}^{15}{\text{с}}^{-1})\\ & \approx -3.94\times {10}^{-19}\text{Дж}\end{array}$$

Так как работа выхода фотокатода описывает минимальную энергию, необходимую для остановки фотоэффекта, напряжение между анодом и катодом должно быть больше этой энергии. Мы можем выразить напряжение $V$ следующим образом:

$$V=\frac{W}{e}$$

где $e$ - элементарный заряд, приближенно равный $1.6\times {10}^{-19}$ Кл.

Подставляя значение работы выхода $W$ и значение элементарного заряда $e$, мы можем рассчитать напряжение:

$$\begin{array}{rl}V& =\frac{-3.94\times {10}^{-19}\text{Дж}}{1.6\times {10}^{-19}\text{Кл}}\\ & \approx -2.46\text{В}\end{array}$$

Таким образом, чтобы остановить фотоэффект, между анодом и катодом необходимо применить напряжение около -2.46 В. Ответ округляем до целого числа, поэтому ответ составляет -2 В.