Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра “Экспериментальная физика”

Изучение законов внешнего фотоэффекта.

Методические указания

к лабораторной работе №502

Волгоград

2006

УДК 63 (07Б.Б) .

Изучение законов внешнего фотоэффекта: метод. указ. к лабораторной работе №502/ сост. А.В. Аршинов., А.С. Трусов;

Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2006. - 12 с.

Содержат основные сведения и рекомендации по выполнению лабораторной работы № 502, представлен­ной в практикуме кафедры “Экспериментальная физика” Волгоградского государственного технического университета.

Предназначены для студентов всех форм обучения.

Ил. 3.Табл. 3. Библиогр.: 3 назв.

Рецензент доц. В.Е. Аввакумов

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета

Составители: Александр Викторович Аршинов

Алексей Станиславович Трусов

Изучение законов внешнего фотоэффекта

Методические указания к лабораторной работе № 502

Темплан 2006 г. поз. №

Подписано в печать          . Формат 60x84 1/16.

Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16 .

Тираж 150 экз. Заказ          . Бесплатно.

Волгоградский государственный технический университет.

400131 Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28.

РПК “Политехник” Волгоградского государственного технического университета.

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

© Волгоградский государственный технический

университет, 2006.

502. Изучение законов внешнего фотоэффекта.

502.1 Цель работы.

Практическое ознакомление с закономерностями внешнего фотоэффекта; экспериментальное определение работы выхода электрона из сурьмяно-цезиевого фотокатода, красной границы фотоэффекта, а также постоянной Планка.

2. Содержание работы.

502.2.1 Основы внешнего фотоэффекта.

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества.

Внешним фотоэффектом называется процесс поглощения фотонов твердыми и жидкими телами, сопровождаемый вылетом электронов за пределы тела.

Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называют фотоэлектронами.

Законы фотоэффекта были экспериментально установлены в конце XIX века русским физиком А. Столетовым. Столетов установил что:

1. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота (максимальная длина волны) электромагнитного излучения, при котором внешний фотоэффект еще возможен.

2. Число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света.

Фотоэффект долгое время не удавалось объяснить с позиций классической электродинамики. В 1905 г. А. Эйнштейн показал, что фотоэффект легко объясняется с помощью предположения о дискретном излучении и поглощении света.

Согласно квантовым представлениям полная энергия электрона внутри твердого тела принимает дискретный ряд значений. Данные энергии группируются в полосы (разрешенные зоны, в которых могут существовать электроны). Разрешенные зоны разделяются одна от другой запрещенными зонами (в которых электроны существовать не могут).

Энергетическая зона, лишь частично заполненная электронами называется зоной проводимости. Все зоны, расположенные ниже зоны проводимости, полностью заполнены электронами.

Находящиеся в зоне проводимости электроны легко могут переходить на более высокие энергетические уровни той же зоны (увеличивать свою кинетическую энергию) за счет внешних воздействий. Наивысший энергетический уровень, который могут занять электроны при , называется уровнем Ферми.

При обычных условиях все электроны в металле имеют отрицательные значения полной энергии, при этом за нулевой уровень принимается энергия покоящегося электрона вне поверхности металла. Наименьшая работа, необходимая для выхода электрона, имеющего при энергию Ферми и движущегося к поверхности, из металла в вакуум, называетсяработой выхода . Работа выхода электрона зависит от химической природы вещества.

Минимальная частота света, при которой уже может происходить фотоэффект (т.е. красная граница фотоэффекта) определяется соотношением:

. (502.1)

При максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов согласно Эйнштейну равна:

, (502.2)

где - энергия поглощаемого фотона. Уравнение (502.2) носит название уравнения Эйнштейна.