Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Изучение явления фотоэффекта






 

Приборы и принадлежности: сурьмяно-цезиевый фотоэлемент, микроамперметр, вольтметр, реостат, выпрямитель, осветительная лампа накаливания.

Цель работы: изучить зависимости фототока от освещенности фотокатода и напряжения между фотокатодом и анодом.

 

Теоретическое введение

В конце XIX века опыты В. Гальвакса, А. Риги (1888 г.) и А. Столетова (1888 –
1890 гг.) показали, что под действием света из металлического катода искрового разрядника вырываются отрицательные заряды.

Явление эмиссии (вырывания) электронов из твердых и жидких веществ под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом (внешним фотоэффектом).

Принципиальная схема опытов Столетова показана на рис 5.4.

 

На металлический катод К из источника S падает пучок света. Вырванные под действием света электроны направляются к аноду A, сделанному в виде сетки, и образуют фототок, измеряемый гальванометром Г. Зависимость фототока от приложенного напряжения изображена на рис. 5.5 и называется вольтамперной характеристикой (освещенность E = const).

Опытным путем были установлены следующие основные закономерности внешнего фотоэффекта:

1. Максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности E.

2. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота n0, при которой еще может быть внешний фотоэффект. Величина n0 зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.

3. Количество электронов n, которые вырываются из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света (n ~ E), фототок насыщения i н = ne.

В закономерностях фотоэффекта четко проявляются квантовые свойства света. Энергия кванта света идет на работу выхода электрона с поверхности катода и придания ему кинетической энергии:

, (5.19)

где n - частота падающего на катод света; h - постоянная Планка; A – работа выхода электрона с поверхности катода (зависит от материала катода и качества его поверхности); u mах, m – максимальная скорость и масса электрона соответственно.

Эта формула была установлена Эйнштейном и является следствием применения закона сохранения энергии к явлению фотоэффекта.

Из формулы видно, что при уменьшении частоты падающего света кинетическая энергия вырванных электронов уменьшается. При некоторой граничной частоте (u maх = 0) электроны перестанут выходить из металла и фотоэффект будет невозможен. Это будет при условии , т.е.

(5.20)

– красная граница фотоэффекта.

Для большинства металлов красная граница лежит в ультрафиолетовой области спектра. Если на фотокатод K подать положительный потенциал, а на анод A – отрицательный, то электроны будут замедляться. Кинетическая энергия электронов пойдет на работу по преодолению разности потенциалов. Можно подобрать такую разность потенциалов Uз, при которой фотоэффекта не будет. В этом случае задержатся все электроны вблизи поверхности фотокатода и при этом

. (5.21)

Эта разность потенциалов называется задерживающим потенциалом.

 

Описание установки

Для исследования законов фотоэффекта используют вакуумный сурьмяно-цезиевый фотоэлемент с центральным анодом. Фотоэлемент представляет собой откачанный стеклянный сферический баллон. Половина внутренней поверхности баллона покрыта слоями сурьмы и цезия. В этом случае образуется соединение CsSb, которое служит материалом фотокатода. Металлический анод помещен в центральной части фотоэлемента.

Схема включения вакуумного фотоэлемента показана на рис. 5.6.

 
 

Фотоэлемент, защищенный от попадания дневного света, помещают на оптической скамье. За фотоэлементом на оптической скамье устанавливают электрическую лампочку накаливания, соединенную с блоком питания.

Задание 1. Провести исследования зависимости фототока от энергетической освещенности катода.

Освещенность фотокатода можно изменять, варьируя расстояние между лампочкой и фотоэлементом. Если считать лампочку точечным источником, то освещенность E фотокатода изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния r от лампочки до фотоэлемента:

, (5.22)

где I – сила света точечного источника. (В данной работе I = 10 кд).






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.