МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу "Общая физика"

ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА

СТОЛЕТОВА И ПРОВЕРКА ФОРМУЛЫ ЭЙНШТЕЙНА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение основных законов внешнего фотоэффекта на основе измерения световой и вольтамперной характеристик вакуумного фотоэлемента.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Внешний фотоэффект используется в приборах, которые называются фотоэлементами (ФЭ). В данной работе используется вакуумный фотоэлемент типа СЦВ-4.

Ф отоэлемент состоит из стеклянного баллона 1 (рис.2.1), фотокатода 2 в виде тонкого сурьмяно-цезиевого сплава на внутренней поверхности баллона, металлического анода 3 и внешних выводов 4.

Кроме фотоэлемента экспериментальный макет (рис 2.2) включает в себя источник постоянного напряжения E, потенциометр R1 для регулировки напряжения, подаваемого на фотоэлемент, и переключатель K для смены полярности напряжения и приборы для измерения фототока и напряжения на фотоэлементе. Органы регулировки напряжения, подаваемого на фотоэлемент, переключатель полярности этого напряжения выведены на лицевую панель экспериментального макета.

3. Основные расчетные формулы

Экспериментальное значение постоянной Планка

h = ae, (3.1)

где e - заряд электрона;

a - угловой коэффициент линейного графика

; (3.2)

где U_З - запирающее напряжение фотоэлемента;

 - частота света.

Экспериментальное значение работы выхода материала фотокатода

A = -be (в Дж); (3.3а)

A = -b (в эВ); (3.3б)

Формула для расчёта абсолютной погрешности прямого измерения фототока, равной приборной погрешности микроамперметра:

, (3.4)

где – класс точности микроамперметра (= 1,5);

– «нормирующее значение», равное максимальному значению шкалы микроамперметра (= 50 мкА).

Формула для расчёта абсолютной погрешности косвенного измерения величины равной обратному квадрату расстояния от источника света до фотоэлемента:

, (3.5)

где r – расстояние между источником света и фотоэлементом;

– абсолютная погрешность прямого измерения расстояния между источником света и фотоэлементом.

Верхняя частота света:

_в= c/λ_гр, (3.6)

где с – скорость света;

λ_гр – граничная длина волны света

4. Результаты работы и их анализ.

Задание 1.

Значения фототока I при различных напряжениях U и расстояниях r от источника света до фотоэлемента приведены в таблицах 4.1. - 4.5.

Таблица 4.1. Вольтамперная характеристика фотоэлемента №1

r = 1,0 см , 1/r2 = 1,0
U, В	7	16	25	34	44	53	65	77	80
I, мкА	3	9	18	28	39	43	47	48	49

Таблица 4.2. Вольтамперная характеристика фотоэлемента №2

r = 2,0 см , 1/r2 = 0,25
U, В	11	22	31	44	56	65	72	82	90
I, мкА	1	4	6	10	11	12	12	12	12

Таблица 4.3. Вольтамперная характеристика фотоэлемента №3

r = 3,0 см , 1/r2 = 0,111
U, В	9	22	28	43	49	53	63	72	88
I, мкА	0	2	2	4	5	5	5	5	5

Таблица 4.4. Вольтамперная характеристика фотоэлемента №4

r = 4,0 см , 1/r2 = 0,063
U, В	5	22	34	50	58	64	71	78	100
I, мкА	0	1	2	3	3	3	3	3	3

Таблица 4.2. Вольтамперная характеристика фотоэлемента №5

r = 5,0 см , 1/r2 = 0,04
U, В	7	19	32	39	48	59	71	84	100
I, мкА	0	0	1	1	2	2	2	2	2

Рисунок 4.1.1 Вольтамперная характеристика фотоэлемента №1.

I , мкА.

50

40

30

20

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 U,B.

Рисунок 4.1.2 Вольтамперная характеристика фотоэлемента №2.

12 I, мкА

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 U, B

Рисунок 4.1.3 Вольтамперная характеристика фотоэлемента №3.

I, мкА

5

4

3

2

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 U, B

Рисунок 4.1.4 Вольтамперная характеристика фотоэлемента №4.

I, мкА

3

2

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 U, B

Рисунок 4.1.5 Вольтамперная характеристика фотоэлемента №5.

I, мкА

2

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 U, B

Погрешности прямых и косвенных измерений:

№ Фотоэлемента	, мкА	, мкА	, см	, см
5	2	0,75	0,04	0,0008
4	3	0,75	0,063	0,0016
3	5	0,75	0,111	0,0037
2	12	0,75	0,25	0,0125
1	49	0,75	1	0,1

После расчёта погрешностей измерений можно приступить к по

строению графика линейной зависимости от :

Рисунок 4.2.

, мкА

50

40

30

20

10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 , см

По данному графику можно убедиться в справедливости линейной зависимости I_нас. от , так как прямая пересекает доверительные интервалы всех экспериментальных точек.