Методу до Лаби №3 Дослідження зовнішнього фотоефекту

Робота 3.4. ДОСЛІДЖЕННЯ ЗОВНІШНЬОГО ФОТОЕФЕКТУ

Мета роботи:вивчення законів зовнішнього фотоефекту; дослідження вольт-амперних характеристик вакуумного фотоелемента; визначення роботи виходу та червоного кордону матеріалу фотокатода; визначення постійної планки.

Прилади та приладдя:вакуумний фотоелемент (наприклад, типу СЦВ-4); селективні фільтри; лампа розжарювання; вимірювальний ланцюг (рис. 3.2).

Загальні відомості та досліджувані закономірності.Зовнішній фотоефект - це випромінювання електронів (фотоелектронів) під впливом світла. Фотоелектрони під час руху у зовнішньому електричному полі створюютьфотострум.Залежність фотоструму від напруги на фотоелементі нелінійна. Фотострум збільшується при збільшенні напруги лише до певного граничного значенняIН(фотоструму насичення).Зазаконом Столетовапри незмінному спектральному складі світла, падаючого на фотокатод, фотострум насичення пропорційнийенергетичної освітленості ЕЕ,катода:

.

При подачі на анод фотоелемента негативної напруги фотострум поступово зменшується, звертаючись в нуль при деякому напрузі, що називаєтьсязапирающим.Існування фотоструму при негативних напругах на аноді означає, що фотоелектрони вилітають з катода з деякою швидкістю (кінетичною енергією). Максимальна початкова швидкість фотоелектронів vmaxпов'язана з різницею, що затримує потенціалівUЗспіввідношенням

, (1)

деeіm -заряд та маса електрона.

Для кожного фотокатода існує червона межа зовнішнього фотоефекту - максимальна довжина світлової хвилі λГР, при якій ще можливий фотоефект; довжина хвилі λГР залежить від матеріалуфотокатода та стану його поверхні. Червона межа фотоефекту пов'язана зроботою виходуспіввідношенням

. (2)

Рівняння Ейнштейнадля зовнішнього фотоефекту, що відображає закон збереження енергії, має вигляд

,

або, з урахуванням співвідношення (1),

.

Залежність затримуючої різниці потенціалівUЗвід частоти

світла

;

є рівняння прямої лінії. Екстраполяція пряма на рис. 3.1 до перетину з віссю ординат визначає потенціал виходу електронів з металу; точка перетину прямої з віссю абсцис дає граничну частоту фотоефекту, а тангенс кута нахилу прямої до осі частот

визначається тільки постійною планкою і зарядом електрона.

Мал. 3.1. Залежність затримуючої різниці потенціалів від частоти світла, яким опромінюють фотокатод

Мал. 3.2. Вимірювальний ланцюг для дослідження зовнішнього фотоефекту

Експериментальна установкапредставлена ​​на рис. 3.2. ПеремикачемS3встановлюються різні режими лампи розжарюванняЛ1(освітлювача). ПеремикачемS2задається пряма або зворотна напруга на фотоелементіФ. Для зміни напруги служать відповідно потенціометриR1іR2-R3. Фотострум вимірюється мікроамперметромРА,напруга на фотоелементі контролюється вольтметромPU.

1. Вивчити пряму галузь вольт-амперної властивості фотоелемента. Увімкнути інсталяцію. Між лампою та фотоелементом встановити синій світлофільтр. ПеремикачS2поставити в положення "+". ПеремикачS3«Освітлювач» лампи поставити в положення2(освітлення фотокатодаЕ2≈ 1,0 Вт/м 2 ). Змінюючинапруга на фотоелементі, зняти залежність фотострумуI1від напруги. Повторити вимірювання фотострумівI2іI3при освітленості фотокатодаЕ3≈ 0,6 Вт/м 2 іE4≈ 0,3 Вт/м 2 (перемикач «Освітлювач» відповідно до положень 3 і 4). Дані звести у табл. 3.1.

---