Staraya_papka / Внешний фотоэффект (mine)
.docСтепаненко Григорий
3 курс 2 группа
Лабораторная работа:
«Внешний фотоэффект»
Цель работы:
Изучение законов внешнего фотоэффекта; исследование вольт-амперных характеристик вакуумного фотоэлемента; определение постоянной Планка.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Внешний фотоэффект
– это испускание электронов (фотоэлектронов)
с поверхности тела под действием света.
Фотоэлектроны при движении во внешнем
электрическом поле создают фототок.
Зависимость этого фототока от напряжения
на фотоэлементе не линейна. Фототок
увеличивается при увеличении напряжения
лишь до определенного предельного
значения 
(фототока насыщения).
По закону
Столетова, при неизменном спектральном
составе света, падающего на фотокатод,
фототок насыщения пропорционален
энергетической освещенности 
катода:
.
здесь
- энергетическая освещенность катода.
При подаче на анод фотоэлемента отрицательного напряжения фототок постепенно убывает, обращаясь в нуль при некотором напряжении, называемом запирающим.
Существование фототока при отрицательных напряжениях на аноде означает, что фотоэлектроны вылетают из катода с некоторой скоростью (кинетической энергией).
Максимальная
начальная скорость фотоэлектронов 
связана с задерживающей разностью
потенциалов 
соотношением
.
- заряд и масса
электрона соответственно.
Для каждого
фотокатода существует красная граница
внешнего фотоэффекта – максимальная
длина световой волны 
,
при которой ещё возможен фотоэффект;
длина волны 
зависит от материала фотокатода и
состояния с работой выхода электронов
соотношением
, (2)
Где 
- соответственно постоянная Планка и
скорость света в вакууме.
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, отображающее закон сохранения энергии, имеет вид:
или с учётом (1)
.
Зависимость
задерживающей разности потенциалов
от
частоты света
:
Есть уравнение
прямой линии (рис 1). Экстраполяция прямой
на рис.1 до пересечения с осью ординат
определяет потенциал выхода электронов
из металла 
;
точка пересечения прямой с осью абсцисс
дает граничную частоту 
фотоэффекта; а тангенс наклона прямой
к оси частот 
определяется только постоянной Планка
и зарядом электрона.
ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ УСТАНОВКИ
Рабочая установка состоит из объекта исследования и измерительного устройства в виде конструктивно законченных изделий, устанавливаемых на рабочем столе и соединяемых между собой кабелем.
В объекте исследования установлены осветитель (спектральная ртутная лампа) с источником питания, блок интерференционных светофильтров 1-4 с длинами волн пропускания (в нм): 1-407, 2-435, 3-546, 4-578.
Положение «5» перекрывает лампу и используется для установки нуля. К корпусу с помощью кронштейна прикреплен усилитель фототока, на верхнюю крышку которого устанавливаются сменные фотоприемники с фотоэлементами Ф-8 и Ф-25.
С левой стороны объекта исследования находятся сетевой выключатель с индикатором включения сети. С правой стороны клеммы заземления, держатели предохранителя и сетевой шнур с вилкой. На передней стенке расположено выходное окно осветителя и устройства для смены интерференционных светофильтров и регулировки освещенности.
В измерительном устройстве применена однокристальная микро-ЭВМ с соответствующими дополнительными устройствами, позволяющими производить измерения тока фотоэлемента, устанавливать и измерять напряжения на фотоэлементе, а также осуществлять установку режимов прямого или обратного измерения.
На передней панели измерительного устройства размещены следующие органы управления индикации: кнопка «ПРЯМАЯ - ОБРАТНАЯ» с соответствующими индикаторами предназначена для включения прямого или обратного режимов измерения, кнопки «+» и «-» и «СБРОС» предназначены для регулировки напряжения на фотоэлементе и его сброса в нуль, индикаторы «В» и «мкА» предназначены для индикации значений величин напряжения на фотоэлементе и фототока в процессе работы.
Принцип действия установки основан на изменении тока, проходящего через фотоэлемент, при изменении полярности и величины приложенного к нему напряжения, а также изменения спектрального состава и величины освещенности катода фотоэлемента.
ОБРАБОТКА ПРОВЕДЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
-
Зависимость тока, проходящего через фотоэлемент, от приложенного к нему напряжения разной полярности напряжения для четырех светофильтров
Обратная
|
U, В |
I, мкА |
|||
|
Светофильтр |
407 нм |
435 нм |
546 нм |
578 нм |
|
0 |
0,26 |
0,20 |
0,43 |
0,04 |
|
0,1 |
0,21 |
0,17 |
0,30 |
0,02 |
|
0,2 |
0,18 |
0,12 |
0,16 |
0,00 |
|
0,3 |
0,13 |
0,07 |
0,05 |
0,00 |
|
0,4 |
0,07 |
0,03 |
0,00 |
0,00 |
|
0,5 |
0,06 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
|
0,6 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
0,7 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
Прямая
|
U, В |
I, мкА |
|||
|
Светофильтр |
407 нм |
435 нм |
546 нм |
578 нм |
|
0,0 |
0,20 |
0,17 |
0,4 |
0,04 |
|
0,5 |
0,25 |
0,21 |
0,53 |
0,06 |
|
1,0 |
0,27 |
0,22 |
0,56 |
0,07 |
|
1,5 |
0,28 |
0,24 |
0,57 |
0,07 |
|
2,0 |
0,29 |
0,25 |
0,58 |
0,08 |
|
2,5 |
0,30 |
0,25 |
0,6 |
0,08 |
|
3,0 |
0,31 |
0,25 |
0,61 |
0,08 |
|
3,5 |
0,31 |
0,26 |
0,61 |
0,09 |
|
4,0 |
0,31 |
0,26 |
0,62 |
0,09 |
|
4,5 |
0,32 |
0,26 |
0,62 |
0,09 |
|
5,0 |
0,33 |
0,27 |
0,64 |
0,10 |
|
5,5 |
0,33 |
0,28 |
0,65 |
0,10 |
|
6,0 |
0,34 |
0,28 |
0,66 |
0,10 |
|
6,5 |
0,35 |
0,28 |
0,67 |
0,10 |
|
7,0 |
0,35 |
0,29 |
0,67 |
0,10 |
|
9,0 |
0,36 |
0,30 |
0,69 |
0,11 |
|
10,0 |
0,37 |
0,30 |
0,7 |
0,11 |
|
11,0 |
0,38 |
0,30 |
0,71 |
0,11 |
|
12,0 |
0,39 |
0,30 |
0,73 |
0,11 |
|
13,0 |
0,40 |
0,31 |
0,74 |
0,11 |
|
20,0 |
0,42 |
0,33 |
0,79 |
0,12 |
|
25,0 |
|
|
0,81 |
0,12 |
-
Семейство вольт-амперных характеристик
-
Зависимость задерживающего потенциала от частоты падающего света
|
ν, 1014 Гц |
7,37 |
6,89 |
5,49 |
5,19 |
|
Uз, В |
0,60 |
0,50 |
0,30 |
0,26 |
-
Значение постоянной Планка
