Физика для "чайников"

Но и это ещё не всё. Хорошо, электрон удалось вышибить с поверхности металла - но физике же надо держать всё под контролем математики, как это описать цифирями? Ясен пень, что надо бросаться куда-то в сторону закона сохранения энергии в первую очередь: он всегда должен выполняться, энергия света должна преобразоваться в энергию электрона! А чему равна энергия света? И тут же натыкаемся на тупик: очень долгое время никто не мог сообразить, как её посчитать. Некоторые товарищи решили как-то предположить, что свет может иметь энергию только с такими значениями, каждое из которых "прыгает" по отношению к предыдущему на какую-то величину - квант. (Это можно сравнить со старыми игрушками, где персонажу нужно перепрыгнуть через несколько ям, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга - персонаж останется жив, только если будет прыгать на расстояние со строго определённым шагом.) В физике, которая потом переросла в квантовую механику, а ещё позже - в целую квантовую теорию, которая разбухла до таких размеров, которые даже не снились обычной физике, и которую проходят только в вузах (и то - только механику, но даже она убивает студента наповал), эта величина определяется так называемой постоянной Планка - самый маленький шаг, который может сделать энергия света, составляет 6.626*10^-34 Дж*с. (Именем Планка, опять-таки, назвали не просто так, а потому, что данный товарищ провёл самые убедительные эксперименты, после которых стало ясно, что предположение про квант верно. Поговаривают, что сам Планк в это не очень-то и верил.) Обозначается эта цифирь буквой h и чем-то напоминает постоянную Больцмана в термодинамике - это "мостик", связывающий между собой частоту света и его энергию. Если представить свет как поток маленьких-маленьких частичек - квантов, то энергия каждого из них будет равна h*ню, где ню - частота света (а вовсе не жанр "нагого" искусства) - примерно таким же образом представляют электрический ток как поток электрончиков, у каждого из которых тоже есть элементарный, "квантующийся" заряд. Но поскольку слово "квант" может подходить не только для света, а и для любых других "шаговых" величин, решили один квантик света назвать "фотон". Свет - поток фотонов.

Ладно, хватит уже мне пугать страшным словом "квант", энергию света мы с грехом пополам определили. Остаётся связать всё воедино: h*ню = m*v^2/2? Как бы не так, ведь при какой-то ню (частоте) фотоэффект прекращается! Значит, есть какая-то энергия, которая мешает ему произойти. Итого получаем: h*ню = m*v^2/2 + Aвых. h - постоянная Планка, ню - частота света, m - масса электрона (она равна 9.1*10^-31 кг), v - начальная скорость электрона, с которой он вылетает с поверхности металла, Aвых называется работой выхода - это минимальная энергия, которую нужно сообщить электрону для того, чтобы тот покинул пределы металла и оказался на его поверхности с нулевой начальной скоростью. Для каждого вещества она своя, измеряется тоже в джоулях, как и обычная работа.

Вот это всё вышеперечисленное сумел собрать воедино Эйнштейн. И свою единственную Нобелевскую премию он получил именно за это коротенькое уравнение, а не за теорию относительности, как почти все думают. (О последней мы тоже поговорим - буквально в следующем абзаце.) Отсюда всё становится понятным и объясняемым: из-за работы выхода не у всякого света хватает энергии, чтобы вдарить током; не всякие металлы можно использовать тоже из-за разных работ выхода; при частоте, равной красной границе фотоэффекта, электрону хватает сил ровно настолько, чтобы выползти на поверхность металла и отдышаться (в этом случае h*ню = Aвых, именно таким образом можно померить работу выхода), а при меньшей он не может прыгнуть выше головы и остаётся внутри, никому не нужный.

Другой эксперимент, подтверждающий корпускулярную природу света, - это поглощение и испускание света атомом. Но это уже скорее относится к атомной физике, о коей через один абзац. (Да, запахло концом. Остался последний раздел. Крепитесь, люди - скоро лето! Как в старой доброй песне.)