Задание 6C6442: Корпускулярно-волновой дуализм

Модель: фотоэлемент в лабораторной системе отсчёта. На графике используем горизонтальный участок при положительном напряжении: ток насыщения I_нас = 2 мА = 2·10⁻³ А. При насыщении все выбитые электроны доходят до анода; при меньшем напряжении часть может вернуться, и ток уже не измеряет полный выход электронов. Силы поля обеспечивают сбор электронов, но для числа частиц достаточно определения тока.
Если ṅₑ — число выбитых электронов за секунду, то I_нас = eṅₑ. При выходе одного электрона на k падающих фотонов поток фотонов n_ф = kṅₑ. Мощность падающего монохроматического света:
P = n_ф · hν = kI_нас · hνe.
При расчёте используем h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с, c = 3·10⁸ м·с⁻¹, e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл, mₑ = 9,1·10⁻³¹ кг; 1 эВ = 1,6·10⁻¹⁹ Дж.
1. По условию k = 20, частота ν = 6,1·10¹⁴ Гц. Подстановка в выведенную формулу:
P = 20·2·10⁻³ А·6,6·10⁻³⁴ Дж·с·6,1·10¹⁴ с⁻¹1,6·10⁻¹⁹ Кл = 0,10065 Вт ≈ 0,10 Вт.
2. Проверка. Поток фотоэлектронов I_нас к e равен 1,25·10¹⁶ с⁻¹, поэтому поток падающих фотонов в 20 раз больше: 2,5·10¹⁷ с⁻¹. Каждый фотон несёт 4,026·10⁻¹⁹ Дж; произведение даёт 0,10065 Вт. Если ошибочно принять один фотон за один электрон, мощность оказалась бы в 20 раз меньше. Значение тока нужно брать именно с плато 2 мА, а не с наклонного участка графика.

Ответ: ≈ 0,10 Вт.