Исследуемые закономерности

Для исследования внешнего фотоэффекта в работе используется ваку- умный диод (фотоэлемент СЦВ-4), содержащий два металлических электро- да (анод и катод) внутри стеклянной оболочки. При комнатной температуре в вакуумном промежутке между электродами содержится незначительное ко- личество электронов, возникающее за счет эффекта термоэлектронной эмис- сии металла. Освещение поверхности катода приводит к увеличению числа свободных электронов в этой области.

Зависимость силы токаIот напряженияUна фотоэлементе имеет нели- нейный характер. Причина нелинейности вольтамперной характеристикиI(U) – неоднородность распределения по скоростям вышедших из катода электронов вследствие их теплового движения. В случае отрицательнойпо-лярности подключения внешнего источника к электродам фотоэлемента с ростом напряженияUуменьшается доля электронов, имеющих кинетиче- скую энергию, достаточную для достижения анода, и уменьшается токI.При

некотором значении обратного напряжения

UU_з

полученной прифото-

электронной эмиссии кинетической энергии электронов оказывается недо- статочно, чтобы преодолеть тормозящее действие поля и сила тока, проте-

кающего через фотоэлемент, обращается в ноль

I(U_з)0. Это условие дос-

тигается при равенстве кинетической энергией фотоэлектрона изменению его потенциальной энергии при перемещении от катода к аноду:

eU_зm_ev²

2^{. (11.6)}

Запирающее напряжениеU_з

в эксперименте измеряется прямым мето-

дом и с точностью до постоянного множителяе(элементарный заряд) совпа- дает с кинетической энергией фотоэлектрона (11.6). Теория Эйнштейна (11.2) прогнозирует линейную зависимость запирающего напряжения от частотыэлектромагнитного излучения:

з 0

^{U()hAh, (11.7)}

e e e

где

₀A h

• минимальнаячастотаизлучения,прикоторойвозможенвыход

электронаизисследуемого металла. Аппроксимация результатовизмерения

U_з()линейной функцией (11.8) позволяетнайти еепараметры(рис.11.1):ра-

боту выходаэлектронаA,граничнуючастоту₀

и отношение константh e.

h/

Сила тока сквозной проводимости фотоэлемента при большом положитель- ном напряжении определяется только то- ком фотоэлектронной эмиссии, величина которого не зависит от приложенного на- пряжения (11.6) и представляет собой ток

насыщенияI_н

• асимптотувольтампер-

Рис. 11.1. Зависимость запирающего напряжения на фотоэлементе отчастоты

ной характеристикиI(U) фотоэлемента.

Электрическая схема эксперимен- тальной установки представлена на

электромагнитногоизлучения

рис. 11.2. ПереключательS₃

предназна-

чен для управления освещенностью Ф фотокатода. Он обеспечивает протекание тока разной величины в нити лам-

пы накаливания

Л₁. С помощью переключателя

S₂обеспечивается прямое

или обратное подключение фотоэлемента ФЭ к источнику напряжения.

Рис. 11.2. Электрическая схема установки для исследования внешнего фотоэффекта

Для изменения прямого и обратного напряжения между электродами ФЭ

электрическая схема содержит, соответственно,потенциометры

R₁и

R₂R₃.

Сила тока сквозной электропроводности фотоэлемента измеряется микроам- перметромPA, а напряжение между его электродами контролируется вольт- метромPU.