69GK.pdf

GRAśYNA KACZKOWSKA 13.11.09

IV rok, matematyka

piątek 8:0010:15

prowadzący: dr Z. Szczudło

BADANIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO

I WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA

Tabela pomiarowa:

1. OPIS TEORETYCZNY

Fotoemisja jest to zjawisko wysyłania (wybijania) elektronów z powierzchni metalu

pod wpływem światła. Pod wpływem promieniowania UV naładowana ujemnie płyta metalowa ulega

rozładowaniu, podczas gdy płyta naładowana dodatnio, nie reaguje na promieniowanie. Oznacza to,

Ŝe w tym zjawisku metal mogą opuścić tylko ładunki ujemne a dokładniej elektrony.

Fotokomórka próŜniowa to lampa zawierająca dwie elektrody: katodę K i anodę A. Promienie

katodowe mogą być emitowane z katody po oświetleniu jej dowolnym światłem, a natęŜenie tych

promieni jest wprost proporcjonalne do natęŜenia padającego światła.

jest

prawie stałe, ale zaleŜy od natęŜenia padającego światła.

Natomiast, gdy anoda jest spolaryzowana ujemnie, natęŜenie

fotoprądu maleje i spada do zera, gdy napięcie osiąga pewną

krytyczną wartość

Przy dodatnim potencjale anody natęŜenie fotoprądu

J f

, zwaną napięciem odcięcia. Wartość

zaleŜy

U H

fali świetlnej, a nie zaleŜy od natęŜenia

padającego światła. Dla danego metalu istnieje graniczna,

minimalna częstość światła

, poniŜej której fotoemisja

- U 0

elektronów nie występuje.

Einstein, wyjaśniając mechanizm zjawiska fotoelektrycznego, załoŜył, Ŝe światło w oddziaływaniu z

elektronami metalu zachowuje się jak cząstka – foton, a nie jak fala. Energia fotonu

, czyli kwantu

promieniowania elektromagnetycznego, wynosi zgodnie z hipotezą Plancka

, gdzie

stała Plancka,

częstość drgań elektromagnetycznych

Foton w zderzeniu z elektronem przekazuje mu całą swoją energię. Bilans energii w tym zjawisku ma

postać:

Φ, gdzie

maksymalna wartość energii kinetycznej

elektronu wychodzącego na zewnątrz,

pracą wyjścia elektronu z metalu .

to dodatkowa energia, którą musimy dostarczyć elektronowi, aby mógł pokonać siły elektryczne

utrzymujące go wewnątrz metalu. Widzimy więc, Ŝe w modelu Einsteina część energii którą niesie

padający foton zostaje zuŜyta na pokonanie pracy wyjścia elektronu z metalu.

(napięcie odcięcia) przyłoŜonego pomiędzy

fotokatodą i anodą, wszystkie fotoelektrony zostaną zahamowane i nie dotrą do anody, zaś wartość

fotoprądu spadnie do zera. Oczywiście w zaleŜności od energii fotonów zmierzone wartości

Przy pewnej krytycznej wartości napięcia

powinny być róŜne: im większa energia fotonów, tym większe będzie napięcie odcięcia.

Wykresem zaleŜności napięcia odcięcia

od częstości drgań

U H

promieniowania

G jest prosta. Współczynnik kierunkowy tej prostej jest

[V]

, zaś punkt przecięcia ekstrapolowanego odcinka prostej z osią

rzędnych (dla

Jak widać fotony o częstościach mniejszych od wartości

oznaczonej jako

) wyznacza wartość Φ

[Hz

nie powodują zjawiska fotoemisji, wtedy

liniowo od częstości drgań

równy

Zatem, na podstawie pomiarów zaleŜności wartości napięcia odcięcia

od energii fotonów, moŜemy

, jak i pracy wyjścia elektronów z fotokatody. Opisaną

metodę wykorzystamy w niniejszym ćwiczeniu.

2. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA

Schemat połączeń między urządzeniami w doświadczeniu:

Miernik

Zasilacz

regulowany

fotoprądu

Zasilacz

woltomierz

ustawiam w połoŜeniu 1, w którym świeci pierwsza

dioda elektroluminescencyjna (niebieska I).

2) Mierzę natęŜenie fotoprądu

przy napięciu hamującym z zasilacza regulowanego

równym

ustawiam kolejno w połoŜeniach nr 2, 3, 4 i 5 co powoduje świecenie kolejnych

diod. Dla kaŜdej diody mierzę odpowiadające jej natęŜenie fotoprądu.

4) Następnie, zwiększam wartość napięcia hamującego do

0,05

i powtarzam działania opisane

w punkcie 3.

5) PodwyŜszam wartość napięcia hamującego, co

0,05

i powtarzam działania opisane

w punkcie 3.

6) PodwyŜszanie napięcia kontynuuję aŜ do wartości

, przy której natęŜenie fotoprądu spada

do zera Dla róŜnych diod wartość

jest róŜna.

3. OBLICZENIA

1) Sporządzam na jednym rysunku wykresy zaleŜności natęŜenia fotoprądu od napięcia

hamującego dla poszczególnych diod elektroluminescencyjnych. Wykres dołączam do

sprawozdania na stronie 4.

Wyznaczam odpowiadające im napięcia odcięcia U H :

dla diody

0,85

0,65

0,45

0,3

2) W poniŜszej Tabeli zestawiono długości fal i częstości odpowiadające maksymalnym

natęŜeniom emisji światła emitowanego przez poszczególne diody

Kolor Niebieska I Niebieska II Zielona

śółta Pomarańczowa

430

470

502

575

621

1014

6,98

6,38

5,98

5,22

4,83

wyznaczyć zarówno wartość stałej Plancka

1) Włączam do sieci zasilacze. Przełącznik

3) Przełącznik

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: