2.1. Целта на
Практическо запознаване със законите на външния фотоефект; експериментално определяне на работа функцията за антимон-цезиев фотокатода и постоянен Планк.

Проучването на законите за фотоелектричния ефект на физическата наука е довело до идеята за светлина кванти и играе изключителна роля в развитието на съвременните идеи за природата.

2.2.2. вакуум фотоклетка
Това е един от най-често използваните устройства, които използват външно фотоелектричния ефект. Това е евакуиран стъклен балон, част от вътрешната повърхност на която е покрита с метал, и катода К. метален пръстен служи като анод (вж. Фиг. 2. 1).

Електрическа схема на фиг. 2. 1 е отворен; текущата в него ще се появи само ако катода ще бъде разкъсан (например, светлина) електрони, които след това да бъдат получени от анода. Мощност фототок зависи от броя на електроните, излъчени от катода, от тяхната първоначална скорост, и потенциалната разлика между катода и анода. Зависимостта на сила на фототока от анодното напрежение (при постоянно осветление на катода) се нарича волт-амперна характеристика (IV характеристика) на фотоклетка (вж. Фиг. 2. 2).

2.2.3. Законите на фотоефекта
Дори при нула анод напрежение U някои от фотоелектроните достига анода, така че ≠ 0, когато U = 0. С увеличаване на U анод постигне увеличаване на броя на електрони и силата се увеличава постепенно фототока. На последно място, в определено напрежение (нарича насищане напрежение UH), всички фотоелектроните достига анода, и по-нататъшно нарастване на напрежението не увеличава силата на тока. Достигнал стойност фототок сила нарича насищане ток в. От стойността на тока на насищане може да се съди по броя на електроните п. излъчвана от катода за единица време:

Ако анод напрежението е отрицателен, тогава той ще се забави фотоелектроните, и ток се намалява.

В определена стойност на напрежението U = UZ <0 (которое называется запирающим) даже самые быстрые фотоэлектроны не в силах достигнуть анода, и ток прекращается. При этом вся начальная кинетическая энергия электронов расходуется на совершение работы против сил задерживающего электрического поля:

(Ekmax - начална кинетична енергия от най-бързите фотоелектроните напускат катода при тези условия).

Фиг. 2. Фигура 2 показва някои CVC същото фотоклетка получен при облъчване с монохроматична светлина катода на една и съща честота со, но различни интензитети (А) или същия интензитет I, но в различни честоти (б).

Експериментално следните модели са определени фотоефект [1].

1. За фиксирана честота, насищане фототока на светлинен интензитет (и броя на фотоелектроните изтласкан от катода за единица време) е пряко пропорционална на интензитета на светлината).

2. Размерът на обратната напрежение (и максималната скорост на фотоелектроните) определя от честотата на светлина и не зависи от неговата интензивност.

3. За всяка субстанция, има червен ръб на фотоелектричния ефект, т.е. Минимална честота на светлината, ω0, при която фотоелектричния ефект все още е възможно.

2.2.4. Неспазването на класическите идеи
По време на откриването на фотоелектричния ефект обикновено се съгласи да вълновата теория на светлината с произход от експериментите Френеловите Юнг и Aragó на дифракцията и интерференцията на светлината. От уравненията на Максуел предполага наличието на електромагнитни вълни, чиито свойства (експериментално проучен Hertz) оказа идентичен със свойствата на светлина, както и инфрачервена и ултравиолетова радиация. бяха измерени дължини на вълните на светлината (0.4 - 0.7 микрона).

С концепциите за светлина като електромагнитна вълна е обяснено успешно (количествено и качествено), моделите на отражение, пречупване, поляризацията на светлината. Това е естествено да желаем да се обясни от една и съща позиция и фотоелектричния ефект.

Метали различни от другите вещества от голям брой на "свободни" електрони (не са свързани с всеки атом) проводимост. Логично е да се предположи, че тези електрони ще избягат и електрическото поле на светлината (електромагнитно) вълна. След това първият от тези закони в 2.2.3 фотоелектричния обясни просто: по-голямата амплитуда на светлината вълна, толкова повече електрони може да го разкъсат от металната повърхност.

Ние намерите допълнителна зависимост от скоростта и кинетичната енергия на електрона от светлинни параметри на вълната. За да се интегрира това уравнение на движение на "безплатни" електрон проводимостта в променливо електрическо поле на вълната:

където Е - амплитуда, ω = 2πν - ъглова честота на светлината. получаваме

Тъй като интензитетът на светлината определя от квадратен амплитудата на електрическия вектор Е, може да се каже, че максималната първоначална кинетичната енергия на фотоелектронна: първо, право пропорционална на интензитета на светлината; На второ място, обратно пропорционална на квадрата на честотата на светлината.

Въпреки това, и двете от тези прогнози не потвърждава от наблюденията!

Дори да се предположи, че светлината разкъсва от метал не на електрони проводникова и електроните, свързани с атома quasielastic сили, разтворът на движението на електрона ще даде резонансната зависимост Ekmax от ω (остър пик при ω = ω0 - честотата на естествените колебания на електроните в атома) и все още пропорционалност мед интензивността на светлината и Ekmax.
По този начин, класическата представителство очевидно не може да обясни всички наблюдавани закономерности на фотоефекта!

2.2.5. Квантовият тълкуването на законите на фотоефекта

През 1905 г. Einstein показа, че моделите на излъчване и поглъщане на светлина лесно може да се обясни като се приеме, че светлинната енергия се отделя и се абсорбира в дискретни порции (кванти); където количеството на светлината кванти енергия е пряко пропорционална на честотата: ε = hν (наречен коефициент часа константата на Планк).

В съответствие с квантовата теория (вж. Например, [2], [3]) на електронна енергия в твърдото вещество също получава отделен набор от стойности. Тези стойности (нива на мощност) са групирани в групи, разрешени или забранени зони, разделени от зони.

Енергийната група, електроните са само частично запълнени, тя се нарича проводимост; в райони, разположени под него са пълни с всички нива.

Дали в електроните на проводимост може лесно да се премине към по-високи енергийни нива на тази зона, с други думи - да се увеличи неговата кинетична енергия (ускоряване) от външни влияния. Най-високата на енергийните нива заети от електрони при Т = 0 К, наречен нивото на Ферми.

При нормални условия, всички електроните в метала имат отрицателна стойност на общата енергия; за нулево ниво на енергия се приема електрони почивка извън метал. Минималната работата, необходими за отстраняване на електрон от метал във вакуумната се нарича A0 работа изход. В действителност, работа изход - е енергията, която трябва да се изразходват, за да издърпате от метал (при Т = 0 K), електрон като енергията на Ферми, и се движи по повърхността (а не дълбочина) метал. За да извадите всеки друг електрон ще се нуждаят от повече енергия! функцията на работа може да се тълкува като дълбочината на потенциал кладенеца в която електроните на метала. Тя се определя от химичната природа на веществото и в по-малка степен - условията, в които се намират, например, температура.

Ако енергията на всеки фотон светлина (фотон) е по-малко от функцията работи, електроните, които предават своята енергия, няма да могат да напуснат метала. Минималната честота на светлината, която може да доведе до още по фотоелектричния ефект се определя от съотношението:

и той се нарича фотоелектричния праг. (Тук, "червените" е синоним на думата "дълги вълни" или "нискочестотни"! Червена рамка може да се крият в ултравиолетовата област на спектъра)

Така че, ако металната повърхност се осветява от светлина с честота ν> ν0. максималната кинетична енергия, която може да бъде фотоелектроните е решен от съотношението

нарича уравнение на Айнщайн за фотоефекта.

В съответствие с уравнение Einstein и формула (2.2) блокиране напрежение трябва да зависи линейно от честотата:

Този изход (един от предвижданията на квантовата теория) е в пълно съответствие с експеримент. Освен това, чрез измерване на стойността на блокиране напрежение за няколко честоти на светлината, можем да използваме (2.8), за да намерите работа функцията на фотокатодния материал и константата на Планк.

2.3. Описание на лабораторно настройка
В лабораторни условия, както е показано на фиг. 2.3, като се използва светлинен източник DRSh живачни лампи с високо налягане, излъчва линия спектър. (дължини на вълните на спектралните линии на живак са добре известни и са изброени в таблицата, която елиминира необходимостта за измерването им.)

С излъчване от живак лампа монохроматор се разпределя тесни лъчи монохроматичен светлина, които са насочени към алтернативно фотоклетка с антимон-цезиев катод.

Електрическата верига на фотоклетката е показано на фиг. 2.4. Използване на DC SP монтирани в основата на монохроматор и превключвател двуполюсен S F в фотоклетка на анод може да създаде както положителен (област ускорение) и (областта забавяне) отрицателния потенциал. Напрежението между катода и анода се регулира от потенциометър R; за измерване на напрежение служи волтметър V. на тока във веригата се измерва с фотоклетка амперметър А.

2.4. Методиката на експеримента и анализ на резултатите
2.4.1. експериментална процедура
2.4.1.1. Измерени и изчислени стойности

За определяне на фотоелектричния прага и постоянно измерената стойност на изключване напрежението на няколко най-ярките спектрални линии на Планк, движейки се от лилаво до жълто-зелен район на спектъра. За тези линии отстраняват на характеристиките на ток напрежение в обхвата на напрежение от 0 до 3 V.

В края на измерванията изобразени UZ (ν); по график, определен от стойностите на часа и ν0. Изчислено λ0 стойност (нм) и А0 (J. ЕГ).

2.4.1.2. Тъмната ток на фотоклетката и точността
В реалния фотоклетка дори при нулево осветление катод протича някои (много малко) тъмно IT ток. отчасти се дължи на катод емисии от катода, и отчасти от разликата на работа функция за катода и анода и отчасти просто ток на утечка между клемите на фотоклетката.

Когато потенциалната разлика между катода и анода в близост до UZ на. на тока в анод веригата на същия ред, в тъмната ток. Въпреки това, стойността на тъмно ток зависи от много параметри и може да варира по принцип в хода на експеримента.

От изложеното по-горе става ясно, че методът за експериментално определяне UZ като напрежение, при която изходен ток от фотоклетката е равна на нула (или дори предварително измерена стойност IT) не е напълно надежден. За да се получи по-надеждни стойности UZ трябва да се увеличава (в абсолютна стойност) отрицателно напрежение на анода, докато спирки намалени анод ток фотоклетка.

За положителни стойности на напрежението анод, тъмната ток е незначителна част от общия ток. Ето защо, при отстраняване на характеристиките на сегашното напрежение в U> 0 запазване на тъмно ток се изисква.

2.4.2. Редът на изпълнение
2.4.2.1. Първи стъпки

1. Подгответе амперметър да работят в съответствие с инструкциите.
2. Включване на лампа с живак 1 чрез натискане на бутона за превключване на "ON" и "LAMP DRSh" на захранването (ако лампата не свети, натиснете бутона черен)
3. Подходящо конфигуриране светлина лампа с живак трябва да се съсредоточи в центъра на капачката 2, затваряне монохроматор на обектива. Ако не, да се премести на светлинното петно ​​в центъра на капака 2, превръщайки винта 8, леща кондензатор.
4. Махнете капака от леща 2 монохроматор. болт се справят 4 трябва да се настрои на "отворен" позиция.
5. 3 Mikrovinotom определя широчината на процепа вход на 0,15 мм.

2.4.2.2. Измерване блокиране напрежение

1. Търси през окуляра на монохроматор, въртенето на барабана 5 подравняване светло лилаво линия (λ = 404,7 нм) с показалеца (тъмно стрелка в спектъра на фон). Ако е необходимо, регулирайте остротата на очна въртене на пръстена.
2. Замяна на главата окуляр 7 по главата с фотоклетка 6.
3. 3 microscrews определят ширината на прореза вход на 2 mm.
4. Дръжка "SET 0" изход амперметър му стрелка в средата на скалата.
5. Превключете фотоклетка полярност захранване настроен на "-".
6. Завъртете потенциометъра R, за да се увеличи напрежението анод, докато игла амперметър спира.
7. Запишете напрежението при която страна е спряно (блокиране напрежение) в Таблица 2.2.
8. Извършване на измервания 9-12 още два пъти.
9. Дръжка "SET 0" настроите амперметър стрелката на разделението нула.

2.4.2.3. Премахване на характеристиките на сегашното напрежение

1. полярност превключвател на захранването в положение на "+".
2. R потенциометър зададете анод напрежение 0.
3. Измерва се силата на фототока за ускоряване напрежение е от 0 до 3 V през 0.6 V. Запишете го в Таблица 2.3.

Внимание! Измерванията на параграф 3, трябва да се направи и за синьо (λ = 435,6 нм) и синьо (481,6 нм) на спектралните линии на живак.

След като измерените стойности:

Жалко е, че ние имаме това нещо е приключила.

Уверете се вече към нормалното си физика!)))) За да Андреева има 4 чифта на ден!))))
Но само за нея!