Изучение явления фотоэффекта

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

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.

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 n₀зависит 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:

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 _m_ах, 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 _ma_х = 0) электроны перестанут выходить из металла и фотоэффект будет невозможен. Это будет при условии

, т.е.

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 U_з, при которой фотоэффекта не будет. В этом случае задержатся все электроны вблизи поверхности фотокатода и при этом

Эта разность потенциалов называется задерживающим потенциалом.

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.

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:

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