- •Отчет по лабораторной работе № 12 «исследование внешнего фотоэффекта»
- •Лабораторная работа № 12 исследование внешнего фотоэффекта
- •Протокол наблюдений лабораторная работа № 12 исследование внешнего фотоэффекта
- •Протокол наблюдений лабораторная работа № 12 исследование внешнего фотоэффекта
- •Обработка результатов эксперимента
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»
Выполнил:
Группа №
Преподаватель: Кузьмина Наталья Николаевна
Вопросы |
Задачи ИДЗ |
Даты коллоквиума |
Итог |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
||||||||||
|
||||||||||
|
||||||||||
|
Санкт-Петербург, 2023
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.
СХЕМА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ:
Электрическая схема установки представлена ниже.
Переключатель S3 предназначен для управления освещенностью фотокатода. Он обеспечивает протекание тока разной величины в нити лампы накаливания Л1 . С помощью переключателя S2 обеспечивается прямое или обратное подключение фотоэлемента ФЭ к источнику напряжения.
Для изменения прямого и обратного напряжения между электродами ФЭ электрическая схема содержит, соответственно, потенциометры R1 и R2 – R3. Сила фототока фотоэлемента измеряется микроамперметром РА, а напряжение между его электродами контролируется вольтметром PU .
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Общие сведения
Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) – это поток электронов, который возникает при облучении светом поверхности металла.
Измерение силы тока, протекающего в этом промежутке при разной освещенности фотокатода, при разном спектральном составе излучения и т. д., составляет основу метода экспериментального исследования внешнего фотоэффекта.
В квантовой теории электромагнитное излучение представляют в виде потока фотонов.
Скорость фотона
Энергия фотона
Импульс фотона
Процесс выхода электрона описывается законом сохранения энергии (уравнение Эйнштейна)
где – энергия падающего фотона, – работа выхода электрона из металла, идущая на преодоление потенциального барьера, удерживающего электрон внутри металла, – минимальная частота фотона, – кинетическая энергия вылетающего электрона, – запирающее напряжение.
Число эмитированных электронов в расчете на один фотон, падающий на поверхность тела, называется квантовым выходом η.
В результате количество вышедших электронов оказывается пропорционально количеству фотонов , падающих на поверхность металла в течение времени
Исследуемые закономерности
Зависимость силы тока I от напряжения U 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 U = U3 полученной при фотоэлектронной эмиссии кинетической энергии электронов оказывается недостаточно, чтобы преодолеть тормозящее действие поля и сила тока, протекающего через фотоэлемент, обращается в ноль.
U3 в опыте совпадает с кинетической энергией фотоэлектрона, если она измеряется в электрон-вольтах.
Теория Эйнштейна прогнозирует линейную зависимость запирающего напряжения от частоты v электромагнитного излучения
где – минимальная частота излучения, при которой возможен выход электрона из исследуемого металла.
Аппроксимация результатов измерения линейной функцией позволяет найти ее параметры:
граничную частоту v0
работу выхода A=hv0
отношение констант a=h/e.
Фототок зависит от освещенности E катода установки, которая определяется как количество энергии, падающее на единицу площади S поверхности в единицу времени. Если на катод в единицу времени падает фотонов, тo
При некотором значении напряжения U между катодом и анодом фотоэлемента величина фототока перестает зависеть от напряжения и представляет собой ток насыщения Iн – асимптоту вольтамперной характеристики U(I) фотоэлемента.
Ток насыщения Iн пропорционален потоку излучения, падающего на поверхность металла и равен
где – поток излучения, падающий на фотокатод. Соотношение известно как закон Столетова.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
9. Запишите и объясните уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.
21. Что такое фотопроводимость? Единицы измерения фотопроводимости.