Wrocław 18.03.02

Nr. Albumu

Sprawozdanie ćw. 91

Cel ćwiczenia:

1. Zapoznanie się z zewnętrznym zjawiskiem fotoelektrycznym i podstawowymi prawami rządzącymi tym zjawiskiem,

2. Zbadanie zależności natężenia prądu fotoelektrycznego od długości fali światła padającego na katodę,

3. Wyznaczenie czerwonej granicy zjawiska fotoelektrycznego i na tej podstawie pracy wyjścia elektronu,

4. Zbadanie zależności maksymalnej energii kinetycznej fotoelektronów od częstotliwości światła i wyznaczenie na tej podstawie stałej Plancka.

Na ćwiczeniach posługiwaliśmy się poniższym układem pomiarowym:

Co to jest zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne?

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z ciała pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Elementarnym aktem w zjawisku fotoemisji jest absorpcja fotonu przez elektron, który przejmuje wówczas całą energię fotonu hν.

Fotoelektron o nadmiernej energii hν może opuścić powierzchnię metalu kosztem pewnej energii równoważnej pracy wyjścia W. Fotoemisja więc może zajść tylko wtedy gdy

hν > W, gdyż zgodnie ze wzorem Einsteina: ε _max = hν - W;

różnica hν - W jest energią kinetyczną fotoelektronu.

Z powyższego równania wynika także, iż dla pewnej częstotliwości (ν ₀ ) fali:

hν₀ = h c/λ₀ = W.

ν₀ - częstość progowa;

h - stała Planca;

c - prędkość światła;

λ₀ - czerwona granica fotoefektu;

następuje zatrzymanie fotoprądu - czerwona granica fotoefektu.

λ[nm]	I [nA]	λ[nm]	I [nA]
400	400	560	490
420	520	580	300
440	640	600	142
460	730	620	42
480	810	640	11,5
500	860	660	5,2
520	840	680	3,3
540	700	700	3,4

W pierwszej części ćwiczenia w układzie z monochromatorem dokonaliśmy pomiarów charakterystyki I = f (λ) (zależność prądu fotoelektrycznego od długości światła). Pomiarów dokonaliśmy dla stałej wartości napięcia przyspieszającego U = 67 V, zmienialiśmy długość fali padającego światła w zakresie 400 - 700 nanometrów[nm].

Wartości do przyjęcia:

• kl_V = 0,5 ,

• U_Z = 75 V,

• Δλ = 1 nm − błąd bezwzględny pomiaru długości fali świetlnej,

• ΔI − obliczane jako najmniejsza wartość dla danego zakresu.

Obliczenia wstępne:

obliczanie błędu bezwzględnego pomiaru napięcia U:

Na podstawie wykresu wyznaczamy czerwoną granicę fotoefektu:

λ₀ = (620 ± 20) nm

Na podstawie wartości czerwonej granicy fotoefektu obliczyliśmy wartość pracy wyjścia:

• obliczanie wartości pracy wyjścia elektronów:

• obliczanie błędu bezwzględnego wyznaczenia wartości pracy wyjścia elektronów:

• wartość pracy wyjścia elektronów:

W = (2,00 ± 0,03) eV

Dla długości fali λ_m. = 500 nm natężenie prądu fotoelektrycznego było największe. Na podstawie relacji Einsteina wyznaczyliśmy maksymalną energię kinetyczną elektronów:

• obliczanie maksymalnej energii kinetycznej elektronów:

• obliczanie błędu bezwględnego wartości maksymalnej energii kinetycznej elektronów:

• wartość maksymalnej energii kinetycznej elektronów dla λ_m. = 500 nm:

ε_max = (0,77 ± 0,02) 10^-19 J

Znając maksymalną energię kinetyczną oraz masę elektronu wyznaczyliśmy maksymalną prędkość elektronów wybijanych z katody przez światło o długości fali λ_m. = 500 nm:

• obliczanie maksymalnej prędkości elektronów:

• obliczanie błędu bezwględnego wartości maksymalnej prędkości elektronów:

• wartość maksymalnej prędkości elektronów dla λ_m. = 500 nm:

---