Метод за лабораторна работа № 3 Изследване на външния фотоефект

Работа 3.4. ИЗСЛЕДВАНЕ НА ВЪНШНИЯ ФОТОЕФЕКТ

Целта на работата:изследване на законите на външния фотоелектричен ефект; изследване на вольтамперните характеристики на вакуумна фотоклетка; определяне на работата на изхода и червената граница на материала на фотокатода; дефиниция на константата на Планк.

Уреди и принадлежности:вакуумна фотоклетка (например тип STsV-4); селективни филтри, лампа с нажежаема жичка; измервателна верига (фиг. 3.2).

Обща информация и изследвани закономерности.Външният фотоелектричен ефект е излъчването на електрони (фотоелектрони) под въздействието на светлина. При движение във външно електрическо поле фотоелектроните създаватфототок.Зависимостта на фототока от напрежението върху фотоклетката е нелинейна. Фототокът нараства с увеличаване на напрежението само до определена гранична стойностIН(фототок на насищане).Съгласнозакона на Столетовпри постоянен спектрален състав на падащата върху фотокатода светлина, фототокът на насищане е пропорционален наенергийната осветеност EE,на катода:

.

Когато към анода на фотоклетката се приложи отрицателно напрежение, фототокът постепенно намалява, обръщайки се до нула при определено напрежение, нареченоблокиране.Наличието на фототок при отрицателни напрежения на анода означава, че фотоелектроните излитат от катода с определена скорост (кинетична енергия). Максималната начална скорост на фотоелектроните vmaxе свързана със забавящата потенциална разликаUЗпо отношение

, (1)

къдетоeиm —заряд и маса на електрона.

За всеки фотокатод имачервена границана външния фотоефект - максималната дължина на светлинната вълна λGR, при която фотоефектът все още е възможен; дължината на вълната λGR зависи от материалафотокатод и състоянието на неговата повърхност. Червената граница на фотоелектричния ефект е свързана сработната функциячрез връзката

. (2)

Уравнението на Айнщайнза външния фотоелектричен ефект, което отразява закона за запазване на енергията, има формата

,

или, като се вземе предвид връзката (1),

.

Зависимост на забавящата потенциална разликаUЗот честотата

на светлината

;

е уравнението на права линия. Екстраполация на правата линия на фиг. 3.1 преди пресичане с оста y определя изходния потенциал

на електрони от метала; точката на пресичане на правата линия с абсцисната ос дава граничната честота на фотоелектричния ефект, а тангентата на наклона на правата линия спрямо честотната ос

се определя само от константата на Планк и заряда на електрона.

Ориз. 3.1. Зависимостта на забавящата потенциална разлика от честотата на светлината, която се облъчва от фотокатода

Ориз. 3.2. Измервателна верига за изследване на външния фотоефект

Експериментална настройкае показана на фиг. 3.2. ПревключвателятS3задава различни режими на лампата с нажежаема жичкаL1(осветител). С превключвателS2се задава право или обратно напрежение на фотоклеткатаФ. За промяна на напрежението се използват съответно потенциометриR1иR2—R3. Фототокът се измерва с микроамперметърPA,напрежението на фотоклетката се контролира с волтметърPU.

1. Изследвайте директния клон на характеристиката ток-напрежение на фотоклетката. Разрешете инсталирането. Поставете филтър за синя светлина между лампата и фотоклетката. ПревключетеS2на позиция "+". ПревключетеS3“Осветител” на лампата в позиция2(осветеност на фотокатодаE2≈ 1.0 W/m 2 ). промянанапрежение на фотоклетката, премахнете зависимостта на фототокаI1от напрежението. Повторни измервания на фототоковеI2иI3с осветеност на фотокатодаЕ3≈ 0,6 W/m2 иE4≈ 0,3 W/m2 (превключвател "Осветител" съответно в позиции 3 и 4). Данните са обобщени в табл. 3.1.

---