Задание 2.

Значения напряжения запирания U_з при использовании различных светофильтров приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6.Результаты измерения запирающих напряжений

Светофильтр	Синий	Желтый	Зеленый	Красный
гр , нм	480	600	540	620
в , с-1
Uз , В	0,95	0,46	0,68	0,39

Рассчитаем верхние частоты пропускания светофильтров, используя формулу (3.6):

1. ;

2. ;

3. ;

4. .

Убедимся в наличии линейной зависимости от .

Воспользуемся методом наименьших квадратов.

Если есть основания предполагать, что исследуемая зависимость двух величин Y и X является линейной, то зависимость должна удовлетворять формуле

, где а- угловой коэффициент.

Произведём расчёт a и b по формулам:

,

Куда входят следующие величины:

.

Теперь рассчитаем эти величины в нашем случае:

; .

Приступим к нахождению a и b:

.

Теперь можно найти постоянную Планка и работу выхода, воспользовавшись формулами (3.1) и (3.3б):

Дж с. А=1,4781 эВ.

Оценим погрешности найденных величин, воспользовавшись методом наименьших квадратов, то есть, используя следующие формулы:

, где вспомогательная величина

Находим: .

График линеаризованной зависимости от .

U_з , В

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 1 2 3 4 5 6

5. ВЫВОДЫ:

В результате проделанной работы по изучению основных законов внешнего фотоэффекта на основе измерения световой и вольтамперной характеристик вакуумного фотоэлемента – удалось убедиться в линейной зависимости от , построив линеаризованный график в пределах погрешностей величин, также удалось рассчитать верхние частоты пропускания светофильтров, исходя из граничных длин волн _гр , и используя соотношение (3.6) (результаты представлены в таблице (4.6)). Также получилось вычислить постоянную Планка (Дж с) и работу выхода электронов из металла (А=1,4781 эВ), воспользовавшись методом наименьших квадратов оценить погрешности этих величин.

Ответы на контрольные вопросы:

Вопрос №1. В чём заключается сущность явления фотоэффекта?

Ответ. Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием света.

Вопрос №2. Объясните принцип работы фотоэлемента с внешним фотоэффектом.

Ответ. Если электромагнитное излучение направить на поверхность катода фотоэлемента, то электроны, выбиваемые фотонами, вылетают из катода и попадают в электрическое поле. Это поле направляет их к аноду. В результате в анодной цепи возникает электрический ток, который называют фототоком.

Вопрос №3. Что такое «красная граница» фотоэффекта? Чем обусловлено её наличие и положение на шкале длин волн?

Ответ. С уменьшением частоты света, уменьшается энергия фотона, следовательно, уменьшается максимальная кинетическая энергия вылетающего электрона. Частота, при которой максимальная кинетическая энергия равна нулю, называется частотой красной границы фотоэффекта. При частоте света, меньшей частоты красной границы – фотоэффект невозможен.

Частота красной границы определяет и длину волны красной границы . При < фотоэффект возможен, а при > - нет.

Вопрос №4. Объясните причину различия вольтамперных характеристик в прямом направлении для разных световых потоков.

Ответ. Различные положения лампочки, различные напряжения на фотоэлементе.

Вопрос №5. При каких условиях возникает ток насыщения?

Ответ. При попадании на катод светового потока, из катода вылетают электроны и устремляются к аноду. Когда все выбитые светом электроны достигают анода, рост фототока с дальнейшим ростом напряжения прекращается. Это и есть условия существования фототока насыщения.

Вопрос №6. Изобразите вольтамперную характеристику фотоэлемента, включенного в обратном направлении. Поясните её.

Ответ.

U

0 I

Пояснение. При напряжении, равном нулю, фототок не равен нулю. Фототок обращается в нуль при смене полярности напряжения. Абсолютная величина напряжения, при котором фототок обращается в нуль, называется запирающим напряжением .