Хід виконання роботи

1. Зберіть схему живлення вольфрамової лампи S, яка знаходиться на одній оптичній лаві з пірометром на відстані 1 м.

2. За допомогою окуляра виставте лампочку S на одну оптичну вісь об'єктива й окуляра. При цьому різкі зображення ниток лампочок S та Лп будуть знаходитися поруч одна одної.

3. Легким поворотом установіть у прорізі окуляра червоний світлофільтр.

4. Автотрансформатором установіть початкову напругу U на джерелі світла S і, спостерігаючи через окуляр, обертанням барабана реостата доведіть яскравість лампи пірометра Лп до співпадіння з яскравістю лампи S.

5. Зніміть показання пірометра для яскравісної температури і разом із значенням напруги U і струму І занесіть у таблицю.

6. Вимірювання проведіть для 7 різних значень напруги U.

7. При досягненні температури 1400 °с необхідно ввести димчастий світлофільтр і користуватися нижньою шкалою пірометра.

8. Занесіть до таблиці сталі установки .

Обробка результатів вимірювання

1. За допомогою співвідношення, вказаного на лабораторному стенді розрахувати, розрахуйте температуру вольфрамової нитки Т через яскравісну температуру .

2. Поклавши в (10) , утворіть лінійну залежність і методом найменших квадратів розрахуйте сталу Стефана-Больцмана.

3. Розрахунки проведіть у додатку Excel або МСаd. Результат обчислення представити у вигляді

4. Проаналізуйте одержані результати і висновки запишіть до протоколу.

Контрольні питання

1. Дайте характеристики тепловому випромінюванню і сформулюйте закони Кірхгофа, Релея-Джінса та Віна.

2. Поясніть фізичну суть закону Стефана-Больцмана.

3. Використайте формулу Планка для виведення Законів Віна і Стефана-Больцмана.

4. Дайте визначення яскравісної та кольорової температури й розкажіть про методику їх вимірювання.

5. Виведіть формулу, що зв'язує яскравісну і термодинамічну температури тіла.

Лабораторна робота №64

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ

ПЛАНКА ТА РОБОТИ ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНА

Мета роботи

визначити сталу Планка та роботу вихода електрона.

Прилади та обладнання

фотоелемент, гальванометр, джерело струму, два світлофільтри, перемикач полярності напруги.

Коротка теорія

В роботі стала Планка h та робота виходу електрона за поверхню метала знаходяться з рівняння Ейнштейна для зовнішього фотоефекта. Явище фотоефекта докладно розглянуто у Додатку § 4.

Елементарний акт зовнішнього фотоефекта з точки зору квантової теорії полягає в наступних процесах: проникнення фотона з частотою в атом і поглинання його електроном; рух електрона з надлишковою енергією до поверхні тіла, проходження електрона через поверхневий потенційний бар'єр. При проходженні потенціального бар'єра електрон виконує роботу виходу за рахунок енергії поглинутого кванта. Залишкова енергія йде на створення кінетичної енергії електрона з швидкістю V.

Рівняння Ейнштейна, що виражає собою закон збереження енергії в елементарному акті зовнішнього фотоефекта, має вигляд

. (1)

Цю формулу можна записати через довжину світлової хвилі , з огляду на співвідношення , де c - швидкість світла у вакуумі

. (2)

Максимальна швидкість V фотоелектронів може бути знайдена з таких міркувань. На фотоелектрон можна впливати зовнішнім електричним полем. Під дією гальмуючого електричного поля можна, погасивши кінетичну енергію електрона, зменшити його швидкість до нуля. Витрачена у цьому випадку робота електричного поля (де затримуюча напруга) дорівнює кінетичній енергії електрона

. (3)

Тепер рівняння Ейнштейна прийме вид:

. (4)

З (4) випливає, що величина є зростаючою лінійною функцією частоти .

Якщо визначити значення затримуючої напруги для двох частот світла, то можна записати систему двох лінійних рівнянь відносно сталої Планка h та роботи виходу у вигляді

. (5)

Рзв'язуючи систему рівнянь (5) одержуємо розрахункові формули

. (8)