12202

ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ

Лабораторная работа

Физика

ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ Методические указания по выполнению лабораторной работы № 74 по оптике для студентов инженернотехнических специальностей Курск 2010 УДК 681.787.2 Составители: В.Н. Бурмистров Л.П. Петрова Рецензент К

Русский

2013-04-24

67 KB

13 чел.

ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ

Методические указания по выполнению лабораторной работы

№ 74 по оптике для студентов инженерно-технических

специальностей

Курск 2010

УДК 681.787.2

Составители: В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент В.М. Пауков

Внешний фотоэффект [Текст]: методические указания по выполнению лабораторной работы по оптике № 74 для студентов инженерно-технических специальностей / Курск. гос. техн. ун-т; сост.: В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова. Курск, 2010. 7 с.: табл. 2. Библиогр.: с.7.

Содержат сведения по изучению явления внешнего фотоэффекта.

Методические указания соответствуют требованиям программы, утвержденной учебно-методическим объединением для студентов инженерно-технических специальностей.

Предназначены для студентов инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать    . Формат 6084 1/16.

Усл.печ.л.      Уч.-изд.л.  Тираж 100 экз. Заказ.      Бесплатно.

Курский государственный технический университет.

305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.


Цель работы: ознакомиться с явлением внешнего фотоэффекта, его закономерностями, снятие вольтамперных характеристик фотоэлемента.

Принадлежности: лабораторная установка для снятия вольтамперных характеристик фотоэлемента с блоком питания, микроамперметром и вольтметром, источник света.

Теоретическое введение

Внешний фотоэффект – явление вырывания электронов с поверхности вещества под действием электромагнитного излучения. Был обнаружен Герцем в 1887 г., наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового промежутка ультрафиолетовым светом.

Первые фундаментальные исследования внешнего фотоэффекта выполнил русский ученый Столетов в 1888-1889 гг. Опыты Столетова имели феноменологический характер. Тем не менее, они позволили сформулировать основные закономерности внешнего фотоэффекта:

  •  свет оказывает разряжающее действие на отрицательно заряженные тела,
  •  наибольшее действие на заряженные тела оказывает ультрафиолетовое излучение,
  •  незаряженные тела под действием света приобретают положительный электрический заряд,
  •  фототок, возникающий под действием света, пропорционален энергетической освещенности катода и зависит от состояния его поверхности,
  •  фотоэффект практически безынерционен.

Точные количественные исследования фотоэффекта выполнили в 1898-1899 годы Дж. Томсон и Ф. Ленард, измерившие отношение заряда вырванной частицы к ее массе, и доказавшие, что этими частицами являются электроны. Ими же было установлено, что энергия вылетающих фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света и прямо пропорциональна его частоте. Кроме того, оказалось, что для различных металлов существуют свои предельно низкие частоты света, ниже которых фотоэффект не наблюдается.

Теорию внешнего фотоэффекта дал А. Эйнштейн в 1905 г. Он высказал идею, что свет не только испускается, как это предполагал Планк, но и распространяется и поглощается отдельными порциями (квантами) с энергией . Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.

Согласно квантовой теории Эйнштейна энергия фотона расходуется на вырывание электрона из металла Авых и на сообщение вырванному электрону кинетической энергии:

.    (1)

Если же энергии фотона не достаточно для совершения работы выхода электрона из металла, то фотоэффект не будет иметь места независимо от интенсивности светового потока. Таким образом, условием красной границы фотоэффекта является равенство:

.      (2)

В настоящее время законы фотоэффекта формулируются следующим образом:

1. при неизменном спектральном составе света, падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода;

2. для данного вещества фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависти от его интенсивности;

3. для каждого материала фотокатода существует предельно низкая частота света, при которой еще возможен внешний фотоэффект, называемая «красной границей» фотоэффекта.

Второй и третий законы, а также безынерционность фотоэффекта, невозможно объяснить в рамках классической электромагнитной теории света Дж. Кл. Максвелла. Согласно этой теории вырывание электронов проводимости из металла является результатом их «раскачивания» в электрическом поле световой волны, а амплитуда «раскачивания» должна возрастать при увеличении интенсивности света.

Объяснение всех особенностей фотоэффекта оказалось возможным лишь с позиции квантовой теории света. Из уравнения Эйнштейна следует, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности: числа фотонов (2 закон). Так как с уменьшением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается, то при некоторой достаточно малой частоте кинетическая энергия фотоэлектронов станет равной нулю и фотоэффект прекратится (3 закон).

Кроме внешнего существует еще и внутренний фотоэффект. Оба явления нашли широкое применение при создании фотоэлементов, фотоумножителей, солнечных батарей, в телевидении и фотохимии.

Порядок выполнения работы:

Задание 1. Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента.

  1.  Включить в сеть 220 В блок питания установки и осветительную лампочку.
  2.  Установить лампочку на расстоянии 25 см от фотоэлемента.
  3.  Изменяя ускоряющее напряжение от нуля до максимального, записывать соответствующие показания микроамперметра через 2 В до 10-15 В, затем – через 5-10 В.
  4.  Повторить измерения пункта 3, установив лампочку на расстоянии 40 см от фотоэлемента. Заполнить таблицу 1:

Таблица 1

расстояние от фотоэлемента до лампы

r, м

r, м

i, мкА

U, В

i, мкА

U, В

  1.  Построить обе зависимости i = f(U) на одном графике. Найти токи насыщения для каждого случая.

Задание 2. Изучение зависимости фототока насыщения от энергетической освещенности катода.

  1.  Снять зависимости фототока i насыщения от расстояния между фотоэлементом и лампой в пределах от 30 см до 70 см с шагом в 5 см при максимальном ускоряющемся напряжении. Результаты занести в таблицу 2:

Таблица 2

r, м

i, мкА

E, кд/м2

  1.  Построить график зависимости фототока от расстояния i = f(r).
    1.  Рассчитать освещенность фотокатода: , где I – сила света лампы накаливания, r – расстояние между фотоэлементом и лампой. Сила света лампы в кд. примерно численно равна мощности лампы в Вт.
    2.  Построить график зависимости фототока от энергетической освещенности фотокатода i = f(E).
    3.  Сделать выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы:

  1.  Фотоэффект, виды фотоэффекта.
  2.  Квантовые свойства света, представления о фотонах.
  3.  Физические основы фотоэффекта и его закономерности. Применение фотоэффекта.
  4.  Фотоэлементы и фотоумножители, их устройство, принцип действия, основные характеристики и практическое применение.
  5.  Сущность эксперимента, объяснение полученных результатов.

Библиографический список:

1. Савельев И. В. Курс физики [Текст] : учебное пособие : в 3 т. Т. 2 : Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика / Игорь Владимирович Савельев. - 3-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2007. - 480 с.;

2. Трофимова Т. И. . Курс физики [Текст] : учебное пособие / Т. И. Трофимова. - 7-е изд., стер. - М. : Высшая школа, 2003. – 542


3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46055. Медиарилейшнз: современное состояние и перспективы развития 34 KB
  Отличительной чертой этих отношений сложившихся на политическом рынке России в последние 34 года можно назвать непосредственное участие СМИ в многочисленных избирательных кампаниях ставших сегодня неотъемлемой частью жизни российского общества. При этом важно отметить что включенность СМИ в избирательный процесс чаще всего сопровождается так называемыми информационными войнами разгорающимися в борьбе за властный ресурс между крупнейшими политикофинансовыми группами страны. Большая часть электронных и печатных СМИ сконцентрировалась в...
46056. Особенности макро- и микросреды функционирования российских предприятий 58.5 KB
  Маркетинговая среда – совокупность активных субъектов и сил действующих за пределами фирмы и влияющих на возможности руководства службой маркетинга устанавливать и поддерживать с целевыми клиентами отношения успешного сотрудничества. Определяет цели фирмы общие стратегические установки и текущую политику. Поставщики – это деловые фирмы и отдельные лица обеспечивающие компанию и ее конкурентов материальными ресурсами необходимыми для производства конкретных товаров и услуг. Маркетинговые посредники – это фирмы помогающие компании в...
46057. Организация специальных PR-мероприятий: разработка общей концепции и сценария мероприятия; организация и курирование мероприятия; оценка эффективности 25.56 KB
  Организация специальных PRмероприятий: разработка общей концепции и сценария мероприятия; организация и курирование мероприятия; оценка эффективности. По Алёшиной: Специальные события это мероприятия проводимые компанией в целях привлечения внимания общественности к самой компании её деятельности и продуктам. Мероприятия имеющие значение для общественности более широкой чем сами участники предполагается освещать в СМИ. Специальные мероприятия как правило привязывают к особым корпоративным датам событиям появлению новинок.
46058. Оценка эффективности PR-кампании 44 KB
  Планирование PRмероприятия дает возможность проведения оценки эффективности. Оценка эффективности это всегда сравнение достигнутых результатов с планируемыми поэтому прежде всего необходимо определить стратегическую цель и тактические задачи проводимой PRдеятельности. Оценка эффективности PRкампании всегда напрямую связана с ее планированием так как это позволяет уже на этапе подготовки любой PRактивности...
46059. Уравнения движения механизма 479.5 KB
  Выполнив приведение сил и масс, любой механизм с одной степенью свободы (рычажный, зубчатый, кулачковый и др.), сколь бы сложным он ни был, можно заменить его динамической моделью...
46060. Кинематика и динамика вращательного движения АТТ 500.5 KB
  Кинематические характеристики частицы (поступательного движения АТТ) – перемещение , скорость и ускорение не могут служить характеристиками АТТ, участвующего во вращательном движении (для разных точек АТТ они разные). Нужны другие характеристики.
46061. Ламбдацизм. Определение, этиология, виды. Логопедические технологии устранения ламбдацизма у детей 30.5 KB
  Во время правильного произнесения звука л органы речи принимают следующее положение: губы раскрыты занимают нейтральное положение или принимают положение последующего гласного звука; зубы незначительно разомкнуты; язык узкий кончик языка поднимается и упирается в верхние резцы или их десны средняя часть языка опущена боковые края тоже опущены; между боковыми краями языка и коренными зубами остается щель через которую выходит воздушная струя.Артикуляция твердого звука л сложнее артикуляции ль поэтому нарушение его произношения...
46062. Ротацизм. Определение, этиология, виды. Логопедические технологии устранения ротацизма у детей 36.5 KB
  Причины нарушения звуков р и рь: укороченная подъязычная связка уздечка ограничивающая движение вверх кончика языка и передней части спинки языка; слабость мышц языка; неумение выполнять языком произвольные целенаправленные движения; нарушения фонематического слуха.Звук р согласныйвоздушная струя встречает преграду;язычный переднеязычный передненебный передняя часть языка направляется к передней части неба;смычный дрожащий вибрант образуется путем вибрации кончика языка смыкании и размыкании его около альвеол;сонорный...
46063. Каппацизм и йотацизм. Определение, этиология, виды. Логопедические технологии устранения каппацизма и йотацизма. Каппацизм – дефект произношения нёбных звуков к, к 18.5 KB
  Кончик языка опущен но не прикасается к нижним зубам. Корень языка поднят и смыкается с небом.Предложите ребенку произносить слоги татата и одновременно с этим нажимайте шпателем или плоским концом ложечки на кончик языка отодвигайте язык отт нижних зубов глубь рта. Таким образом спинка языка все больше выгибается и соответственно получается тятятя потом кякякя и наконец когда происходит смычка спинки языка с небом должно получиться какака.