2.4. Контрольные вопросы

1. Внешний фотоэффект – что это за явление?

2. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и поясните его содержание.

3. Что понимают под понятием – работа выхода электрона? От чего зависит работа выхода?

4. Определите понятие – красная граница фотоэффекта. От чего она зависит?

5. Нарисуйте вольтамперную характеристику фотоэлемента.

6. Почему при отсутствии напряжения между анодом и катодом фотоэлемента ток вольтамперной характеристики не равен нулю?

7. Объясните причину существования тока насыщения.

РАБОТА № 3

Определение постоянной планка, работы выхода электронов и красной границы фотоэффекта

Перед ознакомлением с работой следует изучить раздел «Внешний фотоэффект» [2, с. 376-380].

3.1. Цель работы: изучить физические принципы, лежащие в основе внешнего фотоэффекта (фотоэлектронной эмиссии). Используя экспериментально полученные значения задерживающих потенциалов, рассчитать работу выхода электронов и красную границу сурьмяно-цезиевого фотоэлемента, определить значение постоянной Планка.

3.2. Расчетные зависимости

Эйнштейн предложил рассматривать свет, взаимодействующий с электронами вещества при фотоэффекте, не как волну, а как поток «корпускул» или «квантов». Энергия каждого кванта определяется соотношением

Ε = hν, (3.1)

где ν – частота света, h – постоянная Планка. Это соотношение было впервые введено Планком для объяснения спектров испускания нагретых тел.

В результате освещения металла светом при определенных условиях наблюдается фотоэлектронная эмиссия или внешний фотоэффект. Фотоэлектроны, покидающие металл, обладают широким набором скоростей. Скорость фотоэлектронов при заданной ν зависит от того, с какого энергетического уровня металла он был «вырван» квантом света. Максимальное значение скорости определяется из уравнения Эйнштейна,

hν = А + (3.2)

где m – масса покоя электрона, А – работа выхода, зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности. Частота v₀, для которой энергия падающего кванта света hν₀ равна работе выхода А, называется красной границей фотоэффекта,

hν₀ = А, (3.3)

откуда или . (3.4)

В работе используется сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, СЦВ-4. Между фотоэлементом и источником света (рис. 3.1а) помещается светофильтр (СВ), пропускающий излучение в широком интервале длин волн.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов связана с величиной задерживающего потенциала. Поэтому уравнение Эйнштейна можно представить в виде

(3.5)

где U₀ – величина задерживающего потенциала при частоте падающего излучения v.

Значение постоянной Планка h можно найти, используя излучение разных частот. Излучение лампы накаливания, используемой в экспериментальной установке (рис. 3.1а), лежит в широкой области длин волн, в частности, перекрывает всю видимую область спектра. Для двух разных частот выражение (3.5) можно переписать в виде

где U_{01 ,} U₀₂ – задерживающие потенциалы, соответствующие частотам v₁ и v₂. Откуда следует

(3.6)