Лабораторна робота о–14 Вивчення зовнішнього фотоефекту

Мета роботи:зняти вольт-амперні характеристики фотоелемента. Вивчити залежність фотоструму від освітлення фотокатоду.

Явище вибивання електронів з поверхонь твердих та рідких тіл під дією світла має назву зовнішнього фотоефекту, закономірності якого викладені в роботі О-11.

Залежність сили фотоструму у фотоелементі від величини прикладеної до нього напруги (при незмінній освітленості фотокатоду) називається вольт-амперною характеристикою фотоелементу.

Методика виконання роботи а. Зняття вольт-амперної характеристики вакуумного фотоелемента

1. Зібрати коло за схемами, мал.14.1 та 14.2

2. Замкнувши ключ К₁, подати в коло лампи напругу 5В

3. Встановити лампу на відстані 4см від фотоелемента Е

4. Замкнути ключ К₂, та, підвищуючи напругу в колі фотоелемента , фіксувати відповідне значення фотоструму (починати з нульового значення)

5. Подібне вимірювання виконати для трьох відстаней.

6. На одному графіку побудувати три криві, що зображають залежність фотоструму від величини напруги, що подається на фотоелемент

7. По осі абсцис відкладати анодну напругу, а по осі ординат – величину фотоструму.

Б. Вивчення залежності фотоструму насичення від освітленості фотокатоду.

1. Напругу розжарювання лампи залишити сталою.

2. Встановити лампу розжарювання на відстані 3см від фотоелементу.

3. За допомогою потенціометру подати на фотоелемент напругу 130-140В з тим, щоб напевне забезпечити його роботи в режимі струму насичення.

4. Після встановлення постійного режиму роботи всіх приладів записати покази мікроамперметра, напругу на фотоелементі, та відстань лампочки від фотоелемента.

5. Збільшуючи кожний раз на 1см відстань між лампою та фотоелементом до найбільшого значення (13см), записувати покази мікроамперметра для кожного положення лампи.

6. Вважаючи лампу точковим джерелом світла, можна вважати, що освітле­ність фотокатоду змінюється обернено пропорційно квадрату відстані лампи від фотоелемента. Нехай Е₁- освітленість фотокатоду при максимальному віддалені лампи від фотоелемента, тоді освітленість фотокатоду при деякому n-му положенні лампи буде рівна

де l₁– максимальна відстань фотоелемента від лампи;

l_n– відстань від n-го положення лампи .

7. Побудувати графік залежності сили фотоструму насичення I_nдля різних l_nвід, т.т.. Перевірити, чи виконується закон обернених квадратів

Контрольні питання

1. Яке явище називається зовнішнім фотоефектом?

2. Записати рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту.

3. При якому значенні енергії світлового кванта неможливий фотоефект?

4. Що називається вольт-амперною характеристикою фотоелемента?

5. Як змінюється величина фотоструму з ростом напруги в колі фотоелемента?

6. Яке явище називається насиченням фотоструму?

7. Як будуть змінюватися покази мікроамперметра при віддаленні від фотоелемента?

8. Яким співвідношенням перевірити закон обернених квадратів?

Література

1. Савельев И.В. Курс общей физики. т.ІІI.—М.:Наука, 1973.

2. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики.—М.–Л.:Физматгиз, 1962.

3. Шубин А.С. Курс общей физики.—М.:Высшая школа, 1976.

Лабораторна робота о–15 Визначення коефіцієнту поглинання -променів речовиною

Мета роботи:визначення коефіцієнту поглинання-променів речовиною та ознайомлення з роботою лічильника.

Явище природної радіоактивності є мимовільне перетворення одних ядер в інші, що супроводжується випусканням ,та-променів.

-промені – потік ядер гелію; – потік швидколетящих електронів;– жорстке електромагнітне випромінювання довжиною хвилі порядку 0,01-1Ǻ, яке має найбільшу проникність.

Дослідним шляхом встановлено, що -промені, що супроводжують й-розпади випромінюються дочірнім (утворившимся) ядром, яке в момент свого утворення може мати надлишкову енергію в порівнянні з нормальним енергетичним станом, т.т. знаходитися у збудженому стані. За короткий час порядку 10^-14с дочірнє ядро переходить в нормальний чи менш збуджений стан й при цьому випромінює-промені, які мають лінійчатий спектр, енергія яких не нижче 0,1МеВ.

Закономірність розповсюдження -променів та явище поглинання та розсію­вання рентгенівських променів й навіть видимого світла дуже схожі. Тому для-променів можна записати закон Бугера (див. лабораторну роботу О-4).

J=J₀l^-kd,

де J – інтенсивність -променів на виході з речовини;

J₀– інтенсивність на вході в речовину;

d – товщина речовини;

k – коефіцієнт поглинання.

Коефіцієнт поглинання, чисельно рівний відносному зменшенню -променів у шарі одиничної товщини, залежить від природи речовини та енергії падаючих квантів, вимірюється в м^-1та носить назву лінійного коефіцієнту поглинання.

Інтенсивність J випромінювання пропорційна N — числу -фотонів, тому для двох примірників даної речовини товщиною d₁та d₂можна записати співвідношення:

(1)

(2)

Ділимо вираз (1) на (2), потім логарифмуємо й отримуємо

,

звідки

. (3)

Вимірявши число -фотонів та товщини поглинаючих пластів, можна підрахувати коефіцієнти поглинання речовини.

Підрахунок N — кількості -фотонів виконується за допомогою радіометру Б-3, який складається з лічильника Гейгера-Мюллера та перерахівного пристрою.

Лічильник Гейгера-Мюллера (мал.15-1) являє собою металевий чи скляний циліндр “В”, наповнений газом під тиском порядку 100 мм рт.ст. По осі циліндра натягнута тонка металева нитка “С“, яка має відносно стінок циліндра “В” позитивний потенціал порядку 1000В.

-фотони, які проходять через лічильник, вибивають зі стінок фотоелектрони, які створюють іонізацію газу. Послідовно з ниткою лічильника вмикається великий опір R, для того ,щоб розряд, що виник в лічильнику, викликав на цьому опорі різке падіння напруги, достатнє для переривання розряду. Кожний раз при появі в лічильнику розряду імпульс струму, виникаючий в лічильнику та підсилений до необхідної величини, відмічає потрапляння в нього однієї частинки.

Перерахівний пристрій зібраний на газорозрядних лічильних лампах-декатронах. На лицевій панелі пристрою розташовані блоки 6 декатронів та кнопочний перемикач.