41940

Изучение внешнего и внутреннего законов фотоэффекта

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: Изучить законы фотоэффекта вычислить постоянную Планка вычислить работу выхода. Так как фотон движется со скоростью света то он обладает импульсом с абсолютной величиной p = mc = hv c Работа выхода. энергия ε которую нужно сообщить электрону для того чтобы он вырвался с максимальной скоростью Vm из пластины характеризуемой работой выхода А определяется соотношением: ε =1 2 mVm 2 А = eUeU0 где U0 =А e потенциал...

Русский

2015-01-26

83.44 KB

7 чел.

Левашев И. РТ-21

Лабораторная работа №7

Изучение законов фотоэффекта.

Цель работы: Изучить законы фотоэффекта, вычислить постоянную Планка, вычислить работу выхода.

Оборудование:  Источник света, фотоэлемент, вольтметр, амперметр, наборы граничных и селективных светофильтров, линейка.

Основные теоретические сведения и расчетные формулы.

Различают 2 фотоэффекта:  внешний и внутренний.

Внешний фотоэффект- эффект взаимодействия фотона с электроном, при котором  энергия фотона полностью поглащаеться электроном, который потом покидает вещество. Обычно это металл.

Внутренний фотоэффект- при нем энергия фотона не достаточна для отрыва электрона из вещества, но достаточна чтобы электрон стал квазиспособным и участвовал в переносе заряда по веществу, тем самым увеличивая его электропроводность.

Ток насыщения:

                                                     

Красная граница фотоэффекта - если освещать металл светом частоты v0 (или меньшей), то UЗ = 0, т. е. электроны не выйдут из металла даже при наличии некоторого ускоряющего поля. Поэтому найденную таким образом частоту v0 (или соответствующую длину волны λ0=c/v0) называют граничной частотой  или красной границей внешнего фотоэффекта.

Красные границы металлов

Металл

К

Na

Li

Hg

Fe

Ag

Au

Та

λ0, нм

550,0

540,0

500,0

273,5

262,0

261,0

265,0

305,0

Уравнение Эйнштейна: 

ε = 1/2 mVm 2  + А = eU + А = hv  , где h= 6,67×10-34 Дж×с –  постоянная теории квантов, введенная Планком и носящая его имя.

 Так как фотон движется со скоростью света, то он обладает импульсом с абсолютной величиной

                              p = mc = hv/c               

Работа выхода.   энергия  ε, которую нужно сообщить электрону для того, чтобы он вырвался с максимальной скоростью Vm из пластины, характеризуемой работой выхода А определяется соотношением:

ε =1/2 mVm 2 + А = eU+eU0,    

где U0 =А/e – потенциал выхода.

 Схема лабораторной установки:

Ход работы:

1)Изучение законов фотоэффекта. Для зеленого светофильтра:        =555 нм

U,B

0

0,25

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

15

27,4

68,5

114,1

144,7

165,4

180,7

184,4

189

194,4

194,7

200

200

200

200

Для другой освещенности:

U,B

0

0,25

0,5

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

10,5

18,5

29,6

49,5

81,7

104,2

112,5

118,3

123,8

138,7

149,2

152,4

158,1

160,1

162

162,6

U,B

0

0,25

0,5

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

0,77

18,4

31,2

57,2

95,2

114

124,7

1245

129,4

134,7

140,2

140,3

141,5

143,4

145,3

142,3

Для другого светофильтра:       =595 нм

U,B

0

0,25

0,5

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

9,2

23

40

74,3

127,3

156,6

169,2

175,2

183,1

184,3

189

192,6

200

200

200

200

2)Определение зависимости фототока насыщения от величины светового потока:

1/r²

100

82,64

69,44

59,17

51,02

44,44

39,06

34,6

30,86

27,7

25

22,68

20,66

I нас, мкА

200

192,6

180

166

155,6

143,2

136,5

130,5

123,6

120

115

114

109,5

3)Определение постоянной Планка и работы выхода фотокатода с использованием селективных светофильтров:

                                                            =555 нм

U,B

0

-0,05

-0,1

-0,15

-0,2

-0,25

-0,3

-0,35

-0,4

-0,45

-0,5

-0,55

-0,6

-0,65

I, мкА

75,3

66,6

57,1

48,4

40,5

33

25,8

18,4

12

7,3

3,6

0,3

0

-0,55

             м

480

490

525

555

570

580

595

         ,Гц

6,25

6,122

5,714

5,405

5,263

5,172

5,042

Uз, В

-0,9

-0,83

-0,67

-0,55

-0,48

-0,47

-0,45

Расчет постоянной Планка и работы выхода.

 ;                                  

        ;;

;        ;

;    ;

;       ;

; ;  

Доверительные границы          ;

;                  .

Расчет работы выхода:

   ;  

;                                                                                             

;                                    

;

;        

;         ;

4) Определение работы выхода фотокатода с использованием  граничных светофильтров

U=12B.

I, мкА

175

172

180

140

80

146

98

118

151

          м

400

455

400

510

555

485

315

480

340

Работа выхода  

5) Изучение вентильного фотоэлемента

Спектральная характеристика

           м

400

455

400

510

555

485

315

480

340

I, мкА

48

47

48

44

38

45

34

39

44

I, мкА

49

47

44

42

40

38

36

34

32

1/r²

82,6

69,44

59,17

51,02

44,44

39,06

34,6

30,86

27,7

ВЫВОД: В результате расчета постоянной Планка входит в доверительные границы   с вероятностью 0,95.

Расчетная работа выхода-    

с вероятностью 0,95

 Экспериментальная-   

Сравнивая данные видим, что расчетная и экспериментальная (из графика) работы выхода совпадают.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32551. Контакторыи. Коммутация силовых цепей электродвигателей 281.61 KB
  По роду коммутируемого тока контакторы делят на контакторы постоянного и переменного тока. Как правило род тока в цепи управления которая питает электромагнитный привод совпадает с родом тока главной коммутируемой цепи. Однако известны случаи когда катушки контакторов переменного тока получают питание от цепи постоянного тока. Конструктивная схема контактора постоянного тока показана на рис.
32552. Электромагнитные муфты 341.13 KB
  24 показана схема муфты серии ЭТМ с магнитопроводящими фрикционными дисками. Другой зажим катушки подключают к источнику питания постоянного тока через корпус муфты. Электромагнитная контактная дисковая муфта При включении муфты магнитный поток Ф созданный током протекающим по виткам катушки проходит через корпус пакет внутренних 6 и наружных 4 дисков и замыкается через якорь 5.
32553. Устройства обработки информации 19.92 KB
  Рычажный контактный узел с шарнирным закреплением работающий с эффектом притирания и перекатывания контактов что способствует их лучшему самоочищению и уменьшению переходного сопротивления поэтому они часто используются в мощных коммутационных устройствах например контакторах. Жидкометаллические контакты основными достоинствами которых являются малое переходное сопротивление отсутствие необходимости в контактном нажатии отсутствие эффектов пригорания и залипания контактов возможность работы при высоком давлении температуре...
32554. Реле времени (таймеры) 13.93 KB
  По способу задержки виду замедлителя: электромагнитное замедление до 10 сек; механическое замедление: пневматические и моторные от 3 до 30 мин; электронное замедление: конденсаторные и счётноимпульсные десятки сек; программнореализуемые любые задержки времени. При работе систем защиты и автоматики часто требуется создать выдержки времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов а также при возникновении необходимости производить операции в определённой временной последовательности автоматическое...
32555. Электромагнитные реле времени 190.42 KB
  Реле времени с электромагнитным замедлением При отключении обмотки реле 1 рис. В результате магнитный поток в сердечнике реле убывает медленно якорь 5 остается в притянутом положении и контакты реле 4 размыкаются с выдержкой времени в несколько секунд. Такие реле времени не отличаются стабильностью но находят широкое применение благодаря простоте и дешевизне.
32556. Реле времени КТ 88.94 KB
  28 приведен пример использования реле времени КТ в схеме управления циклом движения суппорта которая обеспечивает его рабочий ход р. задержку времени на концевике SQ2 и холостой ход х. Рабочий ход суппорта обеспечивается контактором КМ1 холостой ход контактором КМ2 а выдержка времени выстоя реле временем КТ.
32557. Современные технические устройства переработки информации 15.07 KB
  Примерами таких типовых устройств могут служить: Триггеры элементарные ячейки памяти предназначенные для хранения одного бита информации логического 0 или 1; Счетчики устройства для выполнения функций счета и задержек времени; Преобразователи кодов устройство для автоматического изменения по заданному алгоритму соответствия между входными и выходными кодами без изменения их смыслового содержания другими словами это схемы для перевода одного многоразрядного кода в другой; Регистры устройства для приёма хранения и...
32558. Промышленные программируемые логические контроллеры (ПЛК) 15.9 KB
  Они впервые появились в конце шестидесятых годов в автомобильной промышленности США в результате слияния трех направлений техники: Релейноконтактная и бесконтактная электроавтоматика основа ПЛК; Цикловое программное управление принцип управления ПЛК; Микропроцессорная техника элементная база ПЛК. Первоначально производством ПЛК занимались компьютерные фирмы DEC Modicon Entrekin Computers но позже к их разработке подключились и электротехнические фирмы Generl Elektric llen Brdley ISSC которые выпускали...
32559. Контроллеры на базе персональных компьютеров (ПК) 23.67 KB
  Контроллеры на базе персональных компьютеров ПК Это направление существенно развилось в последнее время что объясняется в первую очередь следующими причинами: повышением надежности ПК особенно в промышленном исполнении; использовании открытой архитектуры например IBMсовместимых ПК; легкости подключения любых блоков ввода вывода модулей УСО; возможностью использования широкой номенклатуры наработанного программного обеспечения операционных систем реального времени баз данных пакетов прикладных программ контроля и...