Effet photoélectrique

L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons depuis la surface d'un métal lorsque de la lumière de fréquence suffisante la frappe. Einstein a expliqué l'observation par un modèle de photons : chaque photon transporte une énergie égale à la constante de Planck multipliée par sa fréquence, et l'électron qui quitte le métal conserve ce qui reste après avoir payé le travail de sortie. Ce calculateur d'effet photoélectrique accepte la fréquence du photon incident en hertz et le travail de sortie du matériau en joules, puis renvoie l'énergie cinétique maximale des électrons éjectés d'après l'équation d'Einstein K_max égale à h f moins phi, avec la constante de Planck SI exacte de 2019. Lorsque l'énergie du photon se situe sous le travail de sortie, aucun électron n'est éjecté et l'énergie cinétique maximale est indiquée comme zéro plutôt que comme un reliquat négatif.

Ce que signifie l'équation photoélectrique d'Einstein et ce que contient la réponse

L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons depuis un métal ou une autre surface condensée lorsque rayonne un rayonnement électromagnétique de fréquence assez élevée. La théorie ondulatoire classique prédisait qu'une source faible finirait par éjecter des électrons si l'intensité était intégrée assez longtemps, et que l'énergie cinétique devait croître avec la brillance. Les expériences ont montré l'inverse : sous une fréquence seuil qui dépend du matériau, rien n'est éjecté quelle que soit l'intensité du faisceau, et au-dessus de ce seuil l'énergie cinétique maximale des photoélectrons croît avec la fréquence, non avec l'intensité.

Le tableau photonique d'Einstein de 1905 rend compte de ces faits par un unique bilan linéaire d'énergie. Un photon de fréquence f transporte l'énergie h f, où h est la constante de Planck. Un électron lié à la surface doit dépenser au moins le travail de sortie phi pour s'échapper.

Tout surplus devient énergie cinétique, si bien que les électrons les plus rapides partent avec K_max égal à h f moins phi. L'intensité ne change que le nombre de photons qui arrivent par seconde, donc le nombre d'électrons qui partent, pas l'énergie de chaque photon.

Ce calculateur renvoie cette énergie cinétique maximale en joules, l'énergie du photon h f, le travail de sortie que vous avez fourni, la fréquence seuil phi sur h, les compagnons en électronvolts de ces énergies, et un booléen ejected qui vaut vrai lorsque h f est au moins phi. Les constantes intégrées sont les valeurs SI exactes de 2019 : h vaut 6.62607015 fois dix à la moins trente-quatre joule-secondes, et la charge élémentaire utilisée pour la réécriture en électronvolts est 1.602176634 fois dix à la moins dix-neuf coulombs.

Contrat d'entrée, unités et comment K_max reste reproductible

Il doit s'agir d'un nombre fini non négatif. Convertissez une valeur de manuel en électronvolts en multipliant par la charge élémentaire 1.602176634 fois dix à la moins dix-neuf coulombs, si bien que 2.3 eV devient environ 3.685 fois dix à la moins dix-neuf joules. Convertissez les térahertz en hertz en multipliant par dix à la douze, si bien que 500 THz devient 5 fois 10 à la 14 hertz.

Les signes plus facultatifs en tête et la notation scientifique sur les chaînes numériques sont autorisés lorsqu'ils s'analysent comme des décimaux finis ; les espaces embarqués, les préfixes hexadécimaux et les jetons non numériques sont rejetés afin qu'une cellule défectueuse ne devienne pas une énergie cinétique erronée. Les magnitudes au-dessus des plafonds documentés de fréquence et de travail de sortie sont rejetées pour qu'un débordement ne devienne pas Infinity en silence.

Le calcul multiplie la constante de Planck SI 2019 exacte par la fréquence, soustrait le travail de sortie et ramène un reliquat négatif à zéro afin que l'énergie cinétique maximale publiée ne soit jamais une valeur en joules négative non physique. La validation en échec n'est pas facturée.

Où un calculateur d'effet photoélectrique justifie sa place

Les étudiants rencontrent l'effet photoélectrique lorsqu'un manuel passe des ondes classiques aux photons, lorsqu'un problème de concours demande K_max à partir d'une fréquence et d'un travail de sortie, ou lorsqu'ils doivent décider si une couleur de lumière peut éjecter des électrons du sodium, du potassium ou du césium. Les enseignants peuvent pré-générer des clés de réponse pour des entrées SI modestes sans se fier à des applications opaques qui passent en silence des joules aux électronvolts ou omettent la notation scientifique.

Les développeurs ensemencent des vecteurs de test déterministes pour des modules quantiques ou de l'état solide, normalisent la fréquence saisie par l'utilisateur avant une démonstration photoélectrique, ou satisfont des énoncés de programmation qui exigent l'énergie cinétique maximale plutôt qu'une constante électronique improvisée. Les outils de produit et d'enseignement utilisent la formule lorsqu'un apprenant tape une fréquence en hertz et un travail de sortie en joules et que l'interface doit afficher K_max à côté de la fréquence seuil et d'un drapeau ejected.

Associez-le à un convertisseur d'énergie de photon ou à un outil de longueur d'onde à partir de la fréquence lorsque vous avez besoin d'étapes optiques connexes, et conservez le travail de sortie en joules afin que les champs d'énergie cinétique publiés restent en joules sans conversion d'unité cachée.