- •Загальні положення
- •Лабораторна робота № 1 визначення фокусної відстані та оптичної сили збиральної та розсіювальної лінз
- •Короткі теоретичні відомості
- •Визначення фокусної відстані збиральної лінзи
- •Визначення фокусної відстані розсіювальної лінзи
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Лабораторна робота № 2 визначення довжини світлової хвилі методом кілець ньютона
- •Короткі теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Лабораторна робота № 3 визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної ґратки
- •Короткі теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Лабораторна робота № 7 вивчення властивостей фотоелемента
- •Короткі теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Лабораторна робота № 8 вивчення спектрів випромінювання атомів неону та ртуті
- •Короткі теоретичні відомості
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Опис установки
- •П Рис. 1 орядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Лабораторна робота № 10 визначення довжини хвилі когерентного випромінювання лазера
- •Короткі теоретичні відомості
- •Принцип дії і конструкція гелій - неонового лазера
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Лабораторна робота № 16 дослідження вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Опис лабораторної установки
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоконтролю
- •Додатки
- •1. Основні фізичні константи (округлені значення)
- •2. Множники і префікси для утворення десяткових кратних одиниць та їхні назви
- •3. Довжини хвиль, що відповідають певному кольору спектра
- •4. Кільця Ньютона у відбитому світлі (фотокопія)
- •5. Робота виходу електрону з різних металів
- •6. Червона межа фотоефекту для деяких речовин
- •7. Довжини хвиль яскравих ліній у спектрі випромінювання ртутної лампи
- •8. Довжини хвиль деяких яскравих ліній у спектрі випромінювання неону
- •9. Довжини хвиль деяких спектральних ліній ртуті
- •10. Ширина забороненої зони δе (енергія активації) деяких власних напівпровідників
- •11. Ширина забороненої зони δе (енергія активації) деяких домішкових напівпровідників
- •1 2. Градуювальний графік
- •13. Методика розрахунків похибок прямих вимірювань фізичних величин
- •14. Значення коефіцієнтів Стьюдента
- •15. Побудова прямої методом найменших квадратів (мнк)
- •Рекомендована література
Лабораторна робота № 7 вивчення властивостей фотоелемента
Мета роботи:
Ознайомитись із явищем зовнішнього фотоефекту.
Дослідити вольт-амперну характеристику фотоелемента.
Побудувати світлову характеристику фотоелемента.
Визначити чутливість фотоелемента.
Прилади і обладнання: фотоелемент, джерело світла (лампа), оптична лава, блок живлення фотоелемента, мікроамперметр, вольтметр, регульований опір, випрямляч.
Короткі теоретичні відомості
Поглинання електромагнітного випромінювання речовиною часто супроводжується фотоелектричними явищами. До них належить зовнішній фотоефект – явище виривання електронів з речовини під дією світла. Зовнішній фотоефект спостерігається у твердих тілах, а також у газах.
Фотоефект відкрив у 1887 році Г. Герц, а перші фундаментальні дослідження фотоефекту виконав О.Т. Столєтов.
Дослідами встановлено закони зовнішнього фотоефекту:
І. Закон Столєтова: при фіксованій частоті падаючого світла, кількість фотоелектронів, що вириваються із катода за одиницю часу пропорційна до інтенсивності світла (сила фотоструму насичення пропорційна до енергетичної освітленості катода).
ІІ. Максимальна початкова швидкість (максимальна початкова кінетична енергія) фотоелектронів не залежить від інтенсивності падаючого світла, а визначається лише його частотою.
ІІІ. Для кожної речовини існує «червона межа» фотоефекту, тобто мінімальна частота ν0 падаючого світла, нижче від якої фотоефект неможливий. Значення ν0 залежить від хімічної природи речовини і стану її поверхні.
А. Ейнштейн у 1905 р. показав, що явище фотоефекту і його закони можна пояснити за допомогою запропонованої ним квантової теорії фотоефекту: світло з частотою ν не лише випромінюється, але і поширюється у просторі, і поглинається речовиною у вигляді окремих порцій (квантів), енергія яких , де h – стала Планка. Поширення світла треба розглядати не як неперервний хвильовий процес, а як потік локалізованих у просторі дискретних світлових квантів, що рухаються у вакуумі із швидкістю світла. Ці кванти отримали назву фотонів.
За Ейнштейном, кожен фотон поглинається лише одним електроном. Тому кількість вирваних фотоелектронів повинна бути пропорційна до кількості поглинутих фотонів, тобто пропорційна до інтенсивності світла (перший закон фотоефекту).
При зовнішньому фотоефекті фотон поглинається електроном провідності металу і одержує його енергію hν повністю. Енергія фотона витрачається на виконання електроном роботи виходу А з металу (таблична величина) і на надання електрону, що вилітає з металу максимальної початкової кінетичної енергії . Енергетичний баланс цієї взаємодії описується рівнянням Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту:
. (7.1)
Рівняння Ейнштейна дає змогу пояснити другий і третій закони фотоефекту. Максимальна кінетична енергія фотоелектрона лінійно зростає із збільшенням частоти падаючого світла і не залежить від його інтенсивності, оскільки ні робота виходу А, ні частота ν від інтенсивності світла не залежать (другий закон). Оскільки із зменшенням частоти світла кінетична енергія фотоелектрона зменшується, то при деякій досить малій частоті кінетична енергія фотоелектрона буде дорівнювати нулю. Енергії кванта вистачить тільки на те, щоб вирвати електрон з металу. Отже,
. (7.2)
Таким чином, значення «червоної межі» ν0 залежить лише від роботи виходу електрона з металу, тобто від хімічної природи речовини і стану її поверхні (третій закон).
Прилади, в яких використовується явище фотоефекту, називаються фотоелементами.