Энергия фотона соответствующая красной границе фотоэффекта для калия


Самостоятельная работа Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта 11 класс

Самостоятельная работа Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта 11 класс с ответами. Самостоятельная работа представлена в двух вариантах, в каждом варианте по 3 задания.

Вариант 1

1. На пластину из никеля попадает электромагнитное излучение, энергия фотонов которого равна 8 эВ. При этом в результате фотоэффекта из пластины вылетают электроны с максимальной энергией 3 эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

2. Найдите длину волны света, которым освещается поверхность металла, если фотоэлектроны имеют кинетическую энергию 4,5 ⋅ 10-20 Дж, а работа выхода электрона из металла 7,5 ⋅ 10-19 Дж.

3. Найдите максимальную скорость фотоэлектронов при освещении металла с работой выхода 4 эВ ультрафиолетовым излучением с частотой 1,2 ⋅ 1015 Гц. Масса электрона 9,1 · 10-31 кг. Учтите: 1 эВ = 1,6 ⋅ 10-19 Дж.

Вариант 2

1. Энергия фотона, соответствующая красной границе фотоэффекта, для калия 7,2 ⋅ 10-19 Дж. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, если на металл падает свет, энергия фотонов которого равна 10-18 Дж.

2. До какого максимального потенциала зарядится цинковая пластина, если она будет облучаться монохроматическим светом длиной волны 3,24 ⋅ 10-7 м? Работа выхода электрона из цинка равна 5,98 · 10-19 Дж. Заряд электрона 1,6 ⋅ 10-19 Кл.

3. Работа выхода электронов для некоторого металла 3,375 эВ. Найдите скорость электронов, вылетающих с поверхности металла, при освещении его светом с частотой 1,5 ⋅ 1015 Гц. Масса электрона 9,1 · 10-31 кг. Учтите: 1 эВ = 1,6 ⋅ 10-19 Дж.

Ответы на самостоятельную работу Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта 11 класс
Вариант 1
1. 5 эВ
2. 2,5 ⋅ 10-7 м
3. 5,8 ⋅ 105 м/с
Вариант 2
1. 2,8 ⋅ 10-19 Дж
2. 0,082 В
3. 9,94 ⋅ 105 м/с

Фотоэффект

Согласно гипотезе Планка, все электромагнитное излучение квантуется и возникает в конечных «пучках» энергии, которые мы называем фотонами. Квант энергии для фотона - это не сама постоянная Планка h , а произведение h и частоты. Квантование подразумевает, что фотон синего света данной частоты или длины волны всегда будет иметь квант энергии одного размера. Например, у фотона синего света с длиной волны 450 нм всегда будет 2.76 эВ энергии. Он возникает в виде квантованных фрагментов по 2,76 эВ, и у вас не может быть половины фотона синего света - он всегда возникает в виде фрагментов энергии точно такого же размера.

Но доступная частота является непрерывной и не имеет верхнего или нижнего предела, поэтому нет конечного нижнего или верхнего предела возможной энергии фотона. С другой стороны, есть практические ограничения, потому что у вас есть ограниченные механизмы для создания действительно высокоэнергетических фотонов. Фотонов с низкой энергией много, но когда вы опускаетесь ниже радиочастоты, энергия фотонов настолько мала по сравнению с тепловой энергией при комнатной температуре, что вы действительно никогда не видите их как отдельные квантованные объекты - они затоплены на заднем плане.Другими словами, в пределе низких частот все просто сочетается с классической трактовкой вещей, и квантовая трактовка не нужна.


Индекс

Фотоэффект

.

Фотон - Энергетическое образование

Фотон - это частица света, которая по сути представляет собой пакет электромагнитного излучения. Энергия фотона зависит от его частоты (насколько быстро колеблются электрическое поле и магнитное поле). Чем выше частота, тем больше энергии у фотона. Конечно, в луче света много фотонов. Это означает, что действительно интенсивный красный свет (много фотонов с немного меньшей энергией) может передавать большую мощность в заданную область, чем менее интенсивный синий свет (меньше фотонов с более высокой энергией).

Скорость света ( c ) в вакууме постоянна. Это означает, что более энергичные (высокочастотные) фотоны, такие как рентгеновские лучи и гамма-лучи, перемещаются с той же скоростью, что и фотоны более низкой энергии (низкочастотные), например, в инфракрасном диапазоне. По мере увеличения частоты фотона длина волны ([math] \ lambda [/ math]) уменьшается, а при уменьшении частоты длина волны увеличивается. Уравнение, которое связывает эти три величины для фотонов: [math] c = \ lambda f [/ math].

Поскольку длина волны и частота определяются друг другом, уравнение для энергии, содержащейся в фотоне, можно записать двумя разными способами:

[math] E = hf [/ math] или [math] E = \ frac {hc} {\ lambda} [/ math]

  • [математика] E [/ математика] = энергия фотона
  • [math] h [/ math] = постоянная Планка (6.62606957 (29) × 10 -34 Дж · с)
  • [math] f [/ math] = частота фотонов
  • [math] \ lambda [/ math] = длина волны фотона
  • [math] c [/ math] = скорость света

Одно из самых странных открытий квантовой механики состоит в том, что свет и другие маленькие частицы, такие как фотоны, являются либо волнами, либо частицами, в зависимости от эксперимента, который их измеряет. Когда свет проходит через призму, он распространяется в зависимости от длины волны.

Напротив, бомбардируйте металл светом, и это демонстрирует частичную сторону его природы, когда только фотоны, у которых есть больше определенного количества энергии, выделяют электроны.

Этот эксперимент, называемый фотоэлектрическим эффектом, принес Эйнштейну Нобелевскую премию. Фотоны с недостаточной энергией могут поражать металл, но не выбивают электроны. Фотоны, энергия которых превышает пороговую, обычно сбивают электроны, однако, поскольку энергия фотона становится намного больше, чем необходимо, вероятность того, что он выбрасывает электрон, уменьшается. Таким образом, луч фиолетового света с низкой полной энергией может выбрасывать электроны из определенного металла, а красный луч с высокой энергией не может их выбросить.Поскольку каждый фотон в красном луче имеет меньшую энергию, их намного больше. Это открытие привело к квантовой революции в физике. И классическая физика, и интуиция ошибочно приходят к выводу, что полная энергия пучка будет самым важным фактором выброса электронов.

Это явление важно для физики фотоэлектрических элементов.

Чтобы узнать больше о фотонах, посетите гиперфизические фотоны и гиперфизические кванты света.

.

1.3 - Взаимодействия фотонов - OzRadOnc

Фотоны - это кванты электромагнитной энергии, которые обладают как волнообразными, так и частицеобразными свойствами. Можно считать, что фотон имеет длину волны и частоту (как волна), а также импульс и энергию (как частица). Несмотря на то, что фотон несет электромагнитную энергию, он не имеет «заряда» и имеет гораздо меньшую вероятность взаимодействия с веществом, чем заряженные частицы, такие как электроны и протоны.
Есть шесть способов взаимодействия фотонов с веществом:

  • Когерентное рассеяние
  • Фотоэффект
  • Некогерентное рассеяние , также известное как комптоновское рассеяние или эффект Комптона
  • Производство пар
  • Производство триплетов
  • Фотодезинтеграция

Они могут вызвать ослабление фотона (потерю части своей энергии и / или исчезновение).Взаимодействие фотонов очень важно при рассмотрении того, как пучок фотонов взаимодействует с пациентом.

Когерентное рассеяние - σ coh

Когерентное (или рэлеевское) рассеяние происходит при низких энергиях фотонов. Фотон может взаимодействовать с орбитальным электроном и затем отклоняться (или рассеиваться) на небольшой угол. Энергия фотона не изменяется, и никаких других эффектов не происходит.
Когерентное рассеяние более вероятно по мере увеличения атомного номера и уменьшения энергии фотона.Это вызывает беспокойство при диагностической рентгенографии, поскольку может вызвать потерю контраста и размытость. Для лучевой терапии это минимальное влияние на ослабление.

Фотоэффект - τ

Фотоэлектрический эффект возникает, когда фотон взаимодействует с орбитальным электроном, энергия связи которого близка к энергии фотона. В этом сценарии фотон исчезает, и вся его энергия передается орбитальному электрону, который затем выбрасывается из атома с кинетической энергией, эквивалентной энергии фотона за вычетом энергии связи.
Пространство, оставшееся уходящим электроном, заполняется другим орбитальным электроном с испусканием характерных рентгеновских лучей или оже-электронов (когда характерное рентгеновское излучение вызывает выброс еще орбитальных электронов в том же атоме). В мягких тканях эти характерные рентгеновские лучи имеют низкую энергию (около 500 эВ) и локально поглощаются.
Вероятность возникновения фотоэффекта:

  • обратно пропорционально кубу энергии фотона (то есть: $ \ frac {1} {E ^ 3} $)
  • Пропорционально кубу атомного числа, т.е .: $ Z ^ 3 $

Следовательно, по мере увеличения энергии фотона вероятность фотоэлектрического эффекта быстро уменьшается.
По мере увеличения атомного номера материала вероятность фотоэлектрического эффекта быстро увеличивается.
Фотоэлектрический эффект перестает проявляться при энергиях более 100-200 кэВ в воде, но остается важным фактором ослабления в свинце при энергиях до 1 МэВ.

Края поглощения

Важная концепция заключается в том, что, когда энергия фотона очень близко совмещена с энергией связи конкретной электронной оболочки, вероятность фотоэлектрических взаимодействий резко возрастает.Это край поглощения, который отражает способность фотонов с более высокой энергией взаимодействовать чаще.

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона) - σ inc

Некогерентное рассеяние - наиболее важное взаимодействие в лучевой терапии. Это происходит, когда фотон имеет гораздо большее количество энергии, чем энергия связи электрона, что фактически рассматривает электрон как «свободный». В этом взаимодействии фотон взаимодействует со «свободным» электроном, отдавая часть своей энергии и подвергаясь рассеянию.Электрон получает энергию и приводится в движение в другом направлении.
Фотоны могут рассеиваться в любом направлении, тогда как электроны рассеиваются только в прямом направлении (максимум 90 o от первоначального пути фотона). Энергия, передаваемая электрону, зависит от энергии фотона (низкие энергии имеют тенденцию отдавать минимальную энергию электрону) и угла удара.

  • Прямой удар рассеивает фотон на 180 градусов и передает большое количество энергии электрону, который движется по первоначальному пути фотона.
  • Скользящие удары не вызывают рассеяния фотонов и отдают небольшое количество энергии электрону, который движется под углом 90 градусов от направления фотона.

Важно, что , некогерентное рассеяние напрямую связано не с атомным номером, а с концентрацией электронов в ткани. По мере увеличения атомного номера плотность электронов медленно падает, поэтому некогерентное рассеяние становится немного менее вероятным в материалах с высоким Z. Некогерентное рассеяние также уменьшается с увеличением энергии, но далеко не так быстро, как фотоэлектрический эффект.Это делает его более актуальным, поскольку энергии фотонов превышают энергии связи K-оболочки орбитальных электронов.

Производство пар - κ

Образование пар происходит, когда фотон проходит очень близко к ядру атома. Если энергия фотона достаточно высока, фотон может исчезнуть и «создать» электрон и позитрон. Новые частицы удаляются, а оставшаяся энергия фотона преобразуется в кинетическую энергию.
Позитрон обычно аннигалирует, как только он теряет свою кинетическую энергию, вызывая аннигационные кванты (два фотона с энергией 0.2 $.

  • Образование пар происходит только в непосредственной близости от ядра. Это значит, что импульс электрона и позитрона сохраняется.
    • Образование пар может происходить вблизи электрона. Это называется триплетное производство , ниже.
  • Связь образования пар с атомным номером и энергией фотона

    Образование пар не происходит с энергией фотонов ниже 1,022 МэВ. Как только этот порог достигнут, вероятность этого возрастает по мере увеличения энергии фотонов.
    Образование пар связано с атомным номером материала через Z 2 .

    Производство триплетов - κ tr

    Рождение триплетов - это частный случай рождения пар, который происходит вблизи орбитального электрона. Фотон исчезает, и энергия используется для создания электрона и позитрона. Орбитальный электрон также получает энергию и освобождается от атома. Порог для этого - фотон с энергией 2,044 МэВ.

    Фотодезинтеграция - №

    Фотораспад - это необычное событие, которое происходит, когда фотон поглощается ядром атома.Фотон разрушается, и высвобождается нуклон (протон или нейтрон). Порог этого эффекта для большинства ядер превышает 10 МэВ (за исключением бериллия и дейтерия, где он составляет 2 МэВ). Даже при высоких энергиях фотодезинтеграция является редким явлением и не ослабляет значительную часть пучка фотонов. Это более важно с точки зрения радиационной защиты - если нейтроны выделяются, они обладают высокой проникающей способностью и могут преобразовывать атомы в нестабильные изотопы. Высвобождение нуклона из рассматриваемого атома также обычно приводит к радиоактивному дочернему продукту.Производство нейтронов в высокоэнергетических линейных ускорителях означает, что бункеры должны регулярно вентилироваться, чтобы предотвратить скопление радиоактивных газов.


    Ссылки

    .

    Глава 4 Карточки от K A

    Карточки в колоде 4 главы (60)

    Электромагнитное излучение

    состоит из перпендикулярных колеблющихся волн (электрического поля и магнитного поля)
    ex) свет

    Электромагнитный спектр: частота и длина волны

    порядок слева направо:
    частота уменьшается
    длина волны увеличивается

    Электромагнитный спектр: порядок энергий

    порядок слева направо:
    гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасный, микроволны, радиоволны, длинные радиоволны

    Электромагнитный спектр: порядок цветов видимого света

    порядок слева направо:
    фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный

    Как сделать лампочку более яркой? (ярче)

    увеличить амплитуду длины волны

    Объясните фотоэлектрический эффект.

    Свет падает на металлическую поверхность, где эта поверхность поглощает фотон, и его энергия передается электрону. Часть энергии используется для преодоления энергии связи, а остальная часть энергии становится кинетической энергией выброшенного электрона.

    энергия, необходимая для выброса электронов из их основного состояния (металлической поверхности)

    Правда или ложь? Свет имеет волновые свойства, но не обладает свойствами, подобными частицам.

    Правда или ложь? Электроны выбрасываются только в том случае, если частота света достаточно высока, она не зависит от интенсивности света.

    Спектры поглощения и излучения: цветные vs черные

    цвет: длины волн излучаемого света
    черный: длины волн поглощенного света

    Спектры поглощения и излучения: объяснение диаграммы уровней энергии

    По мере поглощения фотонов он переходит из основного состояния в возбужденное (скачки уровней).
    При испускании фотонов он переходит из возбужденного состояния в основное (опускается на уровни), вызывая тепловые потери.

    Главное квантовое число (n)

    уровни энергии, которые занимают электроны, и расстояние между электронами от ядра

    Главное квантовое число (n) в зависимости от радиуса орбиталей, энергии электрона, потенциальной энергии, стабильности, расстояния от ядра, количества узлов

    по мере увеличения n:
    энергия электрона увеличивается
    потенциальная энергия уменьшается
    орбиталей увеличивается
    менее стабильно
    расстояние от ядра увеличивается
    количество узлов увеличивается

    Правда или ложь.Электроны обладают волновыми свойствами.

    Правда. Это говорит о том, что каждый движущийся объект имеет связанную с ним длину волны.

    Если электроны обладают волнообразными свойствами, что из этого следует?

    положение электронов не может быть точно определено
    (делокализовано)

    Период против группы в периодической таблице

    период: одинаковое количество атомных орбиталей
    группа: одинаковое количество валентных электронов

    Азимутальное квантовое число (l)

    форма орбиты
    s = 0
    p = 1
    d = 2
    f = 3

    Магнитное квантовое число (мл)

    ориентации
    , если l = 0, ml = 0
    , если l = 1, ml = -1, 0, +1
    , если l = 2, ml = -2, -1, 0, +1, +2

    Квантовое число ориентации спина (мс)

    Карта электронной плотности против узлов

    Карта электронной плотности: вероятность обнаружения электронов на определенном расстоянии от ядра
    Узлы: область, где вероятность обнаружения электрона равна нулю

    Какова энергия фотона зеленого света с длиной волны 530 нм? Какова энергия моля этих фотонов?

    Эфотон = ch / landa
    Эфотон = 3.-9 м

    Определите, сколько возможных допустимых наборов квантовых чисел существует для электрона на орбитали 5p, и приведите два примера.

    5p означает n = 5 и l = 1

    возможности:

    nl ml ms
    5 1-1 +1/2
    5 1-1 -1/2
    5 1 0 +1/2
    5 1 0-1 / 2
    5 1 1 +1/2
    5 1 1 -1/2

    Если бы частоту световой волны увеличить, что случилось бы со световыми волнами соответствующей длины волны?
    a) уменьшение
    b) увеличение
    c) сохранение того же
    d) недостаточно информации для ответа на вопрос
    e) ничего, потому что частота связана с амплитудой

    Какая энергия в джоулях у 337.-19 диапазон

    Студент ставил эксперимент по демонстрации фотоэлектрического эффекта. Когда студент излучал красный свет из источника на металлическую поверхность, электроны выбрасывались, потому что:
    a) амплитуда света была достаточной, чтобы вызвать выброс электронов
    b) пороговая частота металлической поверхности была меньше частоты красного свет
    c) пороговая частота металлической поверхности была больше, чем частота красного света
    d) интенсивность света была достаточной, чтобы вызвать выброс электронов
    e) все вышеперечисленное не является правильным

    б) пороговая частота металлической поверхности была меньше частоты красного света

    Если бы кто-то хотел увеличить длину волны электрона, вылетающего с металлической поверхности во время эксперимента по фотоэлектрическому эффекту, что из следующего было бы подходящим?
    a) найти электрон с меньшей массой
    b) найти электрон с большей массой
    c) увеличить длину волны фотона, используемого для выброса электрона
    d) уменьшить длину волны фотона, используемого для выброса электрона
    e ) невозможно изменить длину волны свободного электрона

    в) увеличить длину волны фотона, используемого для выброса электрона
    landa = h / mv
    * частота - единственное, что я могу изменить

    Какова длина волны де Бройля у электрона со скоростью 1.-19Дж / частица или 222 кДж / моль

    Какое из следующих утверждений относительно атомных орбиталей верно?
    a) атомная орбиталь - это область пространства, где можно точно определить, где находится электрон
    b) атомная орбиталь - это область в пространстве, занятая всеми электронами в атоме
    c) атомная орбиталь - это область в пространстве, занятая электронной плотностью в молекуле
    d) атомная орбиталь может содержать не более двух электронов
    e) атомная орбиталь не может иметь радиальных узлов

    г) атомная орбиталь может содержать не более двух электронов

    где находятся все электроны

    Чашку кофе нагревают в микроволновой печи.27 фотонов

    = 5831 моль

    минимальное количество энергии, необходимое для освобождения электрона от поверхности металла

    Принцип неопределенности:
    Чем точнее известно _____ частицы, тем менее точно известно _______ этой частицы.

    энергия
    временной интервал измерения

    Основное состояние против возбужденного состояния

    основное состояние: состояние с наименьшей энергией атома
    возбужденное состояние: когда атом поглощает фотон

    Первая ионизация E атома углерода равна 1.-21 кг

    .

    Смотрите также