Теория метода измерения
Основными характеристиками фотоэлемента являются вольтамперная и световая характеристики.
Вольтамперная характеристика
Вольтамперной
характеристикой называется зависимость
фототока
от напряжения
на электродах фотоэлемента при постоянном
световом потоке
.
На рис.1 представлены
вольтамперные характеристики, полученные
для двух значений светового потока
(
)
при облучениимонохроматическим светом
(
).
Если на анод фотоэлемента подано
достаточно большое положительное
напряжение, то все вылетевшие из катода
электроны достигнут анода и фототок
будет иметь максимальное значение для
данного светового потока. Этот ток
называется фототоком
насыщения.
Световая характеристика
Световой характеристикой называется зависимость фототока от величины светового потока при постоянном напряжении на электродах фотоэлемента.
Световая характеристика снимается при напряжении , соответствующем фототоку насыщения. При постоянном величина фототока должна быть прямо пропорциональна потоку световой энергии , падающему на катод
|
|
где
–
интегральная чувствительность
фотоэлемента. Интегральная чувствительность
фотоэлемента это величина фототока,
который дает фотоэлемент при освещении
его белым светом при световом потоке в
1 лм; размерность
–
.
В реальных
фотоэлементах линейная зависимость
при
может быть искажена рядом побочных
явлений.
Зависимость задерживающего напряжения от частоты излучения
С уменьшением
положительного напряжения на аноде
уменьшается анодный
ток, так как не все электроны, вылетевшие
с катода, достигнут анода.
Если подать отрицательное напряжение
на анод (
),
то с увеличение напряжения (по абсолютной
величине) фототок будет уменьшаться и
при напряжении
станет равным нулю. Напряжение
, при котором фототок равен нулю называют
задерживающим
напряжением.
Постепенное уменьшение фототока показывает, что фотоэлектроны обладают различными энергиями. При напряжении задерживаются все фотоэлектроны. Следовательно, определив задерживающий потенциал можно вычислить максимальную энергию фотоэлектронов:
|
|
Определим потенциал выхода электрона из металла как отношение:
.
Тогда из уравнения Эйнштейна (1) получим:
|
|
или
.
И
з
графика зависимости
можно определить постоянную Планка и
работу выхода электрона (рис.2).
Для любой пары
точек, находящихся на прямой
и имеющих частоты
и
,
соответственно, можно записать:
и
,
откуда
|
|
Зная
и подставляя значения задерживающих
напряжений и соответствующих им частот,
взятых из экспериментальной зависимости
,
можно вычислить постоянную Планка.
Вариант а Лабораторная установка
В качестве источника излучения 1 в данной установке используется блок светодиодов, обладающих квазимонохроматическим излучением. Блок-схема экспериментальной установки представлена на рис. 4. Свет от источника 1 с помощью линзы 2 собирается на катоде вакуумного фотоэлемента 3. Регистрация фототока производится с помощью блока 4 с цифровой индикацией. Помимо этого, с помощью блока 4 можно изменить напряжение, подаваемое на вакуумный фотоэлемент.
