Контрольні запитання

1. Яке випромінювання називають тепловим? Чим воно відрізняється від інших видів випромінювання?

2. Що таке енергетична світність?

3. Що таке спектральна густина енергетичної світності і який її зв'язок з енергетичною світністю?

4. В чому суть закону Кірхгофа?

5. Що таке абсолютно чорне тіло і як практично можна побудувати його модель?

6. Нарисуйте криві розподілу енергії у спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла.

7. Запишіть формулу Релея-Джинса. При яких припущеннях вона одержана?

8. В чому полягає «ультрафіолетова катастрофа»?

9. Записати формулу Планка і пояснити, на основі яких припущень вона одержана.

10. В чому суть закону Стефана-Больцмана?

Лабораторна робота №5.8 Дослідження зовнішнього фотоефекту

Мета роботи: 1) зняти вольт-амперні характеристики; 2) перевірити закон обернених квадратів.

Теоретичні відомості

(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §6.12)

При опромінюванні речовини з малою роботою виходу з її поверхні вже в області світла спостерігається виліт електронів і це явище називається фотоефектом. Фотоефект пояснюється фотонною теорією світла, а саме: при взаємодії з речовиною світло проявляє корпускулярні властивості і його можна розглядати як потік фотонів з енергією h і імпульсом h/с ( де h – постійна Планка,  – частота світла, с – швидкість світла у вакуумі). При зіткненні фотона з електроном фотокатода енергія фотона повністю передається електрону і енергетичний баланс цього процесу описується рівнянням Ейнштейна:

, (1)

де – максимальна кінетична енергія фотоелектрона, – робота виходу електрона з катода.

Електрони, що вилітають з катода, прискорюються під дією різниці потенціалів між катодом і анодом і рухаються в напрямку анода, створюючи фотоелектричний струм. Чим більша освітленість катода, тим більша кількість електронів вибивається з його поверхні і тим більша буде сила струму насичення, яка спостерігається при високих анодних напругах. Оскільки освітленість катода Е обернено пропорційна до квадрату віддалі r від освітлювача до катода, то і сила струму насичення буде обернено пропорційна до r². Тобто

, (2)

де та - сили фотострумів насичення для віддалей відповідно r₁ та r₂. Співвідношення (2) називають законом обернених квадратів.

Опис установки

Д

ля дослідження зовнішнього фотоефекту використовують електричну схему показану на рис. Напруга, що подається на фотоелемент Ф від джерела постійного струму В, змінюється за допомогою потенціометра П і вимірюється вольтметром V. Сила фотоструму вимірюється за допомогою мікроамперметра А. Електричне коло замикається за допомогою ключа К.

Хід роботи

1. Розмістити освітлювач, по можливості, найближче до фотоелемента і виміряти віддаль між ними . Увімкнути освітлювач.

2. Збільшуючи напругу між катодом і анодом від нуля до максимально допустимої напруги, зняти вольт-амперну характеристику фотоелемента при даній освітленості, записуючи для 10-12 значень напруги відповідні їм значення сили струму. При цьому слід отримати не менше трьох різних значень напруги, при яких сила струму вже не зростає, тобто наступає насичення.

3. Змінити віддаль між освітлювачем і фотоелементом на , відсунувши освітлювач на 2-3см далі від фотоелемента, і повторити п. 2.

4. Дані r₁ та r₂, U та І занести в таблицю з відповідним значенням r.

5. Побудувати на одному графіку вольт-амперні характеристики для двох різних віддалей від освітлювача до фотоелемента.

6. Визначити сили фотострумів насичення в обох випадках і знайти їх відношення . Окремо знайти відношення і порівняти його з попереднім відношенням.

7. Зробити висновок стосовно виконання співвідношення (1).

Таблиці вимірювань

Таблиця 1

І, μА
U, B

Таблиця 2

І, μА
U, B