spr cw 36, MIBM WIP PW, fizyka 2, FIZ 2, sprawka innych, 36 5pkt


Ćwiczenie nr 36 :

Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego.

  1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej Plancka, oraz pracy wyjścia elektronu, przy pomocy metody sumy najmniejszych kwadratów. W doświadczeniu tym wielkościami mierzonymi były: Uh przy ustalonym λ.

Lp.

λ [µm]

ν*1014 [Hz]

Uh [V]

Uh śr [V]

1

0,420

7,13792

-1,149

-1,155

-1,151

-1,148

2

0,430

6,97192

-1,105

-1,04

-1,105

-1,105

3

0,440

6,81346

-1,052

-1,052

-1,053

-1,056

4

0,450

6,66205

-1,0

-1,003

-1,002

-1,003

5

0,460

6,51723

-0,953

-0,949

-0,951

-0,950

6

0,470

6,37856

-0,897

-0,900

-0,899

-0,900

7

0,480

6,24568

-0,848

-0,848

-0,849

-0,851

8

0,490

6,11821

-0,798

-0,800

-0,8

-0,801

9

0,500

5,99585

-0,752

-0,751

-0,751

-0,751

10

0,510

5,87828

-0,705

-0,704

-0,704

-0,704

11

0,520

5,76524

-0,665

-0,671

-0,665

-0,659

12

0,530

5,65646

-0,628

-0,627

-0,626

-0,625

13

0,540

5,55171

-0,583

-0,592

-0,587

-0,587

14

0,550

5,45077

-0,559

-0,556

-0,557

-0,557

15

0,560

5,35344

-0,523

-0,522

-0,523

-0,522

16

0,570

5,25952

-0,495

-0,495

-0,495

-0,495

17

0,580

5,16884

-0,469

-0,469

-0,467

-0,465

18

0,590

5,08123

-0,442

-0,442

-0,442

-0,442

19

0,600

4,99654

-0,419

-0,418

-0,419

-0,419

20

0,610

4,91463

-0,402

-0,399

-0,401

-0,402

21

0,620

4,83536

-0,386

-0,385

-0,387

-0,389

22

0,630

4,75861

-0,379

-0,375

-0,378

-0,379

23

0,640

4,68426

-0,369

-0,369

-0,369

-0,369

gdzie λ - długość fali świetlnej [µm]

ν*1014 - częstotliwość [Hz]

c - prędkość światła (299792458 m/s)

Uh - napięcie hamowania[V]

Uh śr -napięcie hamowania średnie [V]

Aby możliwe było skorzystanie z metody najmniejszych kwadratów należy zasadę zachowania energii dla zderzenia elektronu i fotonu sformułowaną przez Einsteina napisać w następującej postaci:

gdzie h- stała Plancka

  1. ładunek elektronu

W-praca wyjścia elektronu

Dzięki temu zabiegowi możemy swobodnie zastosować metodę sumy najmniejszych kwadratów do obliczenia szukanych wartości. W zlinearyzowanym równaniu (Y=A+BX) rolę B-pełni (h/e), a rolę A- pełni (W/e). Po zastosowaniu metody sumy przy pomocy A i B możemy, znając elementarny ładunek elektronu wyliczyć, wyliczyć stałą Plancka i pracę wyjścia.

  1. Metoda sumy najmniejszych kwadratów:

Współczynniki równania w postaci Y=A+BX z załączonego wykresu:

B = 3,382*10-15 ± 5,678*10-17

A = -1,266 ± 0,033

Mając dany ładunek elektronu e=1,602*10-19[C] możemy wyliczyć stałą Plancka ze wzoru : h=B*e

h=3,382*10-15*1,602*10-19=5,42*10-25[J/GHz]= 5,42*10-34[J*s]

Następnie znając e- ładunek elementarny i A- stałą wyliczoną metodą sum najmniejszych kwadratów możemy ze wzoru W=|e*A| wyliczyć pracę wyjścia elektronu.

W=1,602*10-19*1,266=2,03*10-19[C*V]= 2,03*10-19[J]

Błąd w ten sposób wyliczonych wartości wyliczamy w następujący sposób: Δh=ΔB*e, przy założeniu, że wartość ładunku elektronu nie jest obarczona błędem, zatem:

Δh=5,678*10-17*1,602*10-19=0,09*10-34[J*s]

ΔW=ΔA*e

ΔW=0,033*1,602*10-19=0,05*10-19[J]

Szukane wartości obliczane w doświadczeniu mają następującą postać:

h=(5,42±0,09)*10-34[J*s]

W=(2,03±0,05)*10-19[J]

  1. Wnioski:

Otrzymana wartość Stałej Plancka h=(5,42±0,09)*10-34[J*s] jest nieznacznie mniejsza od wartości tablicowej h=6,6260755*10-34 [J*s] na podstawie czego można wnioskować, iż zastosowana metoda do jej otrzymania jest prawidłowa. W celu uzyskania dokładniejszych wyników pomiarów należałoby zastosować urządzenia o mniejszym błędzie systematycznym oraz zapewnić lepsze warunki do przeprowadzenia pomiarów dla bardzo czułego urządzenia jakim jest nanoamperomierz.

  1. Poniższe tabelki przedstawiają wyniki pełnych charakterystyk prądowo - napięciowe dla:

λ=640[nm]

Lp.

U[V]

I[mA]

1

0,006

0,25

2

0,197

0,38

3

0,402

0,52

4

0,6

0,65

5

0,8

0,77

6

1,003

0,88

7

1,5

1,2

8

2,004

1,4

9

2,506

1,58

10

3,002

1,68

11

3,998

1,8

12

5,006

1,88

13

6,0

1,94

14

7,002

2,0

15

8,0

2,05

16

9,001

2,06

λ=420[nm]

Lp.

U[V]

I[mA]

1

0

1,6

2

0,2

1,9

3

0,4

2,3

4

0,6

2,62

5

0,8

3,02

6

1,0

3,42

7

1,502

4,3

8

2,0

5,25

9

2,5

6,3

10

3,0

7,2

11

4,0

8,7

12

5,0

10

13

6,0

10,05

14

7,0

10,15

15

8,0

10,2

16

9,0

10,25

Michał Kieryk gr. 26 zespół 9

1



Wyszukiwarka