Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej
Laboratorium fizyki ogólnej
Wykonał
Pirosz Paweł
Grupa
5
Ćw. nr
91
Prowadzący
mgr Anna Wróbel
Badanie zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego.
Data wykonania
98.03.16
Data oddania
98.03.23
Ocena
CEL ĆWICZENIA:
Wyznaczenie prądowo – napięciowej charakterystyki fotokomórki dla kilku wartości strumienia padającego na fotokatodę, sprawdzenie liniowej zależności prądu fotoelektrycznego od wartości strumienia promieniowania padającego na fotokatodę, wyznaczenie czerwonej granicy fotoefektu i pracy wyjścia elektronu z fotokatody oraz wyznaczenie stałej Plancka.
WSTĘP:
Zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym nazywamy uwalnianie elektronów z powierzchni substancji pod wpływem padającego na nią światła. Po oświetleniu katody światłem o częstotliwości f większej niż pewna, charakterystyczna dla danego materiału wartość graniczna fgr, w układzie popłynie prąd elektryczny (tzw. fotoprąd). Pojawienie się fotoprądu wywołane jest emisją elektronów z powierzchni katody. Aby elektron mógł opuścić metal należy dostarczyć mu pewną minimalną wartość energii, którą nazywamy pracą wyjścia. W tym przypadku energię tę elektron uzyskuje w wyniku absorpcji energii fali elektromagnetycznej, przez co uzyskuje on energię E=hf. Jeżeli energia ta była mniejsza niż praca wyjścia W, to elektron nie może opuścić katody i w układzie nie popłynie prąd, mimo oświetlenia katody. Przy stałym oświetleniu katody, wzrost różnicy potencjałów U pomiędzy katodą a anodą powoduje początkowo wzrost wartości fotoprądu, a następnie wartość fotoprądu ulega nasyceniu. W zakresie nasycenia wartość fotoprądu jest wprost proporcjonalna do oświetlenia powierzchni i nie zależy od innych parametrów.
Zjawisko fotoelektryczne opisuje równanie Einsteina:
hf = W + Ek
gdzie Ek = hfgr= hc/lgr jest energią kinetyczną elektronu.
WYKAZ PRZYRZĄDÓW :
W podpunkcie 1 i 2 ćwiczenia:
· mikroamperomierz LM-3 kl. 0,5
· woltomierz LM-3 kl. 0,5
· zasilacz ZT-980-1M
· zasilacz I25-5/71
W podpunkcie 3 i 4 ćwiczenia:
· monochromator SPEKOL
· mikroamperomierz V616 kl. 2
· zasilacz ZS 11
PRZEBIEG ĆWICZENIA :
1. Badanie zależności natężenia prądu fotoelektrycznego od oświetlenia fotokatody.
Z różniczki zupełnej:
np. DR=2/(0,2)3×0,001=0,25 [1/m2]
,
np. DI=15×0,5%/100%=0,075 [mA]
dI=0,5%×15/7=1,07 [%]
DI – błąd bezwzględny pomiaru prądu
dI – błąd względny pomiaru prądu
kl – klasa miernika
Z – zakres miernika (15mA)
Dr = 1 [mm]
Tabela 1. Wyniki oraz błędy pomiaru prądu przy zmiennej odległości
R
1/r2
I
DR
DI
d I
[ m ]
[ 1/m2 ]
[ mA]
[ % ]
0,20
25,00
7,00
0,250
0,075
1
0,25
16,00
4,00
0,128
2
0,30
11,11
2,50
0,074
3
0,35
8,16
1,75
0,047
4
0,40
6,25
1,25
0,031
6
0,45
4,94
1,00
0,022
8
0,50
0,88
0,016
9
0,55
3,31
hermiasta