Визначте значення роботи виходу для матеріалу катода під час дослідження вакуумного фотоелемента, коли фотострум

Для розуміння завдання, спочатку потрібно з"ясувати, що таке робота виходу та вакуумний фотоелемент.

Робота виходу (зазвичай позначається як \(W\)) - це мінімальна енергія, яка потрібна для виходу електрона з поверхні матеріалу. Вона вимірюється у електрон-вольтах (е.в.). Найчастіше вона використовується для опису властивостей фотоелектричного ефекту.

Вакуумний фотоелемент - це пристрій, що використовується для дослідження фотоефекту. Він складається з катода та аноду, розміщених в спеціальній прогоновій трубці. Коли фотони світла попадають на катод, вони здатні викликати емісію електронів, які потім рухаються до анода, створюючи фотострум.

Тепер, при переході до вирішення задачі, нам дано, що при затримуючій напрузі \(U = 2 \, \text{В}\), фотострум з поверхні катода припиняється. Також, світло, яке освітлює катод, має частоту \(f = 10^{15} \, \text{Гц}\).

Для визначення значення роботи виходу матеріалу катода, ми можемо використати формулу Ейнштейна для фотоефекту:

\[ E = h \cdot f - W \]

де \( E \) - кінетична енергія фотону, \( h \) - стала Планка (\( 6.62607015 \times 10^{-34} \, \text{Дж} \cdot \text{с} \)), \( f \) - частота світла, а \( W \) - робота виходу.

Оскільки фотострум з поверхні катода припиняється при затримуючій напрузі, це означає, що кінетична енергія фотону \( E \) стає рівною нулю при \( U = 2 \, \text{В} \). Тобто, отримуємо:

\[ E = h \cdot f - W = 0 \]

Знаючи значення \( h \), \( f \) та потрібно знайти значення \( W \).

Для вирішення цього рівняння, давайте підставимо відомі значення.

\[ 0 = (6.62607015 \times 10^{-34} \, \text{Дж} \cdot \text{с}) \cdot (10^{15} \, \text{Гц}) - W \]

Тепер, можемо приступити до обчислення:

\[ W = (6.62607015 \times 10^{-34} \, \text{Дж} \cdot \text{с}) \cdot (10^{15} \, \text{Гц}) \approx 6.62607015 \times 10^{-19} \, \text{Дж} \]

Отже, значення роботи виходу для матеріалу катода в цьому вакуумному фотоелементі становить приблизно \( 6.62607015 \times 10^{-19} \, \text{Дж} \).