Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

им. В.И. Ульянова (Ленина)»

кафедра физики

Отчет по лабораторной работе № 12 исследование внешнего фотоэффекта

Выполнила: Конунников Г. А.

Группа № 0501

Преподаватель: Иманбаева Р. Т.

Вопросы		Задачи ИДЗ					Даты коллоквиума		Итог
24	28

Санкт-Петербург, 2021

Лабораторная работа № 12 исследование внешнего фотоэффекта

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование закономерностей эффекта фотоэлектронной эмиссии (внешнего фотоэффекта); измерение работы выхода электрона и красной границы эффекта для материала фотокатода. В фотоэффекте проявляется корпускулярные свойства электромагнитного излучения.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: Электрическая схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. Переключатель предназначен для управления освещенностью Ф фотокатода. Он обеспечивает протекание тока разной величины в нити лампы накаливания . С помощью переключателя обеспечивается прямое или обратное подключение фотоэлемента ФЭ к источнику напряжения.

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

Для изменения прямого и обратного напряжения между электродами ФЭ электрическая схема содержит, соответственно, потенциометры и . Сила тока сквозной электропроводности фотоэлемента измеряется микроамперметром PA, а напряжение между его электродами контролируется вольтметром PU.

ИССЛЕДУЕМЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ:

Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) – это поток электронов, который возникает при облучении светом поверхности металла и направлен вдоль нормали к поверхности. Для исследования внешнего фотоэффекта в работе используется вакуумный диод (фотоэлемент СЦВ-4), содержащий два металлических электрода (анод и катод) внутри стеклянной оболочки. При комнатной температуре в вакуумном промежутке между электродами содержится незначительное количество электронов, возникающее за счет эффекта термоэлектронной эмиссии металла. Освещение поверхности катода приводит к увеличению числа свободных электронов в этой области. Зависимость силы тока от напряжения на фотоэлементе имеет нелинейный характер. Причина нелинейности вольтамперной характеристики I(U) –неоднородность распределения по скоростям вышедших из катода электронов вследствие их теплового движения. В случае отрицательной полярности подключения внешнего источника к электродам фотоэлемента с ростом напряжения U уменьшается доля электронов, имеющих кинетическую энергию, достаточную для достижения анода, и уменьшается ток I. При некотором значении обратного напряжения полученной при фото-электронной эмиссии кинетической энергии электронов оказывается недостаточно, чтобы преодолеть тормозящее действие поля и сила тока, протекающего через фотоэлемент, обращается в ноль. Это условие достигается при равенстве кинетической энергией фотоэлектрона изменению его потенциальной энергии при перемещении от катода к аноду:

(1)

Запирающее напряжение эксперименте измеряется прямым методом и с точностью до постоянного множителя е (элементарный заряд) совпадает с кинетической энергией фотоэлектрона (11.6). Теория Эйнштейна (11.2) прогнозирует линейную зависимость запирающего напряжения от частоты электромагнитного излучения:

(2)

где – минимальная частота излучения, при которой возможен выход электрона из исследуемого металла. Аппроксимация результатов измерения линейной функцией позволяет найти ее параметры (рис. 2): работу выхода электрона A, граничную частоту и отношение констант .

Сила тока сквозной проводимости фотоэлемента при большом положительном напряжении определяется только током фотоэлектронной эмиссии, величина которого не зависит от приложенного напряжения (11.6) и представляет собой ток насыщения – асимптоту вольтамперной характеристики I(U)фотоэлемента.

Рисунок 2 – Аппроксимация результатов измерения