Длины волн некоторых линий в спектре неона

№ п/п	Положение и окраска	Относ. ярк.	λ, нм
1	Ярко красная	10	640,2
2	Красно-оранжевая, левая из двух близких линий	10	614,3
3	Оранжевая, первая заметная вправо от четвертой	5	594,5
4	Желтая	20	585,2
5	Светло зеленная, первая заметная вправо от четвертой	4	576,0
6	Зеленая, левая из двух одиноких линий	6	540,0
7	Зеленая, правая из двух одиноких линий Эта линия двойная (дублет). Здесь дано среднее значение длин волн обеих линий	8	533,0
8	Зеленая, правая из пяти равноудаленных линий	–	–
9	Синяя одинокая, хорошо заметная	–	471,0
10	Фиолетовая, слабая	–	454,0
11	Фиолетовая, очень слабая	–	442,5

Контрольные вопросы

1. Что такое спектр испускания? Какова природа линейчатых, полосатых и сплошных спектров?

2. Энергетические уровни атома. Почему каждый элемент имеет свои характерные лини?

3. Устройство спектроскопа. Ход лучей в спектроскопе. Чем определяется разрешающая способность спектроскопа?

4. В чем состоит спектральный анализ? В чем его преимущества перед химическим анализом?

Лабораторная работа № 5

Изучение явления внешнего фотоэффекта

Цель работы: изучить законы внешнего фотоэффекта, определить постоянную Планка.

Приборы и принадлежности: блок облучения, содержащий лампу ДРС-50, блок, содержащий фотоэлемент, блок управления и индикации.

Теоретическая часть

Гипотеза Планка о том, что энергия испускается отдельными порциями – квантами, получила подтверждение при объяснении явления фотоэлектрического эффекта. Внешним фотоэффектом (фотоэлектронная эмиссия) называется испускание электронов твердыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения в вакуум или другую среду. Фотоэффект был обнаружен в 1887 году Г. Герцем, позднее детально исследован А.Г. Столетовым, схема опыта которого приведена на рис. 5.1

Рис. 5.1

В вакуумной трубке с помощью потенциометра R и переключателя П можно менять величину напряжения между катодом и анодом и его знак. Электроны, вылетающие с поверхности освещаемого электрода (фотоэлектроны), создают фотоэлектрический ток (фототок). График зависимости силы фототока от напряжения между катодом и анодом – вольтамперная характеристика (ВАХ) приведен на рис. 5.2.

Рис. 5.2

При некоторой величине напряжения U=U_н сила тока достигает наибольшего значения, которое называется фототоком насыщения I_н. При U=U_н все электроны, выбиваемые из катода при его освещении, достигают анода. Существование фототока при отрицательных напряжениях объясняется тем, что фотоэлектроны имеют начальную кинетическую энергию, за счет которой они могут совершать работу против сил задерживающего поля. При значении напряжения U=U_З фототок прекращается.

Облучая катод светом разных длин волн, Столетов установил следующие основные закономерности фотоэффекта:

1. Сила тока насыщения прямо пропорциональна освещенности катода.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от освещенности катода и линейно возрастает с ростом частоты излучения.

3. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, то есть минимальная частота _o, ниже которой фотоэффект не происходит.

В 1905 году для объяснения явления А. Эйнштейн выдвинул квантовую теорию фотоэффекта, согласно которой свет не только испускается, но и распространяется в пространстве и поглощается в веществе порциями – квантами, энергия которых

Е = h. (5.1)

Квант электромагнитного излучения называется фотоном. Каждый фотон поглощается только одним электроном.

Сила тока насыщения зависит от числа фотоэлектронов n, вылетающих из катода за единицу времени. А общее число фотоэлектронов прямо пропорционально числу фотонов n´, падающих за это время на поверхность катода. В свою очередь, для катода, равномерно освещаемого монохроматическим светом, n´ прямо пропорционально освещенности (первый закон фотоэффекта).

Энергия падающего фотона идет на совершение работы выхода А электрона из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии:

. (5.2)

Полученная формула (5.2) представляет собой уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Работа выхода зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности, то есть для данного вещества является величиной постоянной. Поэтому, как следует из уравнения (5.2), максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с ростом частоты падающего света (второй закон фотоэффекта). А с уменьшением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается до нуля, при этом

h₀ = A, (5.3)

следовательно,

. (5.4)

Эта формула представляет красную границу фотоэффекта для данного материала (третий закон).

По закону сохранения энергии величина максимальной кинетической энергии фотоэлектронов равна энергии задерживающего поля между катодом и анодом:

. (5. 5)