Jacek Wilczyski
Robert Kozak
Wrocaw 24. 03. 1997
Laboratorium z fizyki
wiczenie nr 91
Temat: Badanie zewntrznego zjawiska fotoelektrycznego.
Cel wiczenia:
Celem wiczenia byo:
zapoznanie si z zewntrznym zjawiskiem fotoelektrycznym i podstawowymi prawami rzdzcymi tym zjawiskiem,
zbadanie zalenoci natenia prdu fotoelektrycznego od wielkoci przyoonego do fotokomórki napicia, od natenia owietlenia oraz od dugoci fali wiata padajcego na katod,
wyznaczanie czerwonej granicy zjawiska fotoelektrycznego i na tej podstawie pracy wyjcia elektronu,
Zasada pomiaru:
Do badania praw rzdzcych zjawiskiem fotoelektrycznym uylimy komórki fotoelektrycznej próniowej. Komórka fotoelektryczna jest lamp dwuelektrodow. Katoda jest wykonana z materiau emitujcego elektrony pod wpywem promieniowania wietlnego i dlatego czsto jest nazywana fotokomórk. Elektrony wybijane z katody przez strumie wiata s zbierane przez anod.
W celu zbadania praw towarzyszcych zjawisku fotoelektrycznemu zewntrznemu poczylimy ukad jak na rysunku.
+
"
Rys. Schemat ukadu do badania zjawiska fotoelektrycznego zewntrznego.
Katod fotokomórki F owietlalimy wiatem monochromatycznym, pochodzcym ze róda L. Napicie midzy anod a katod regulowalimy potencjometrem R i mierzylimy woltomierzem V. Do pomiaru natenia prdu fotoelektrycznego uylimy galwanometru G.
W pierwszej fazie wiczeniu dokonalimy pomiaru charakterystyki bdcej zalenoci prdu fotoelektrycznego od odwrotnoci kwadratu odlegoci róda wiata " I = f (1/r2) (czyli porednio od natenia owietlenia fotokatody). Pomiarów dokonalimy staej wartoci napicia przyspieszajcego (midzy anod a katod): U =100 V.
Nastpnie w tym samym ukadzie zmierzylimy charakterystyk prdu fotoelektrycznego od napicia przyspieszajcego I = f (U). Pomiarów dokonalimy dla staej wartoci odlegoci róda wiata od fotokomórki: r = 20 mm.
W drugiej czci wiczenia w ukadzie z monochromatorem dokonalimy pomiarów charakterystyki I = f () (zaleno prdu fotoelektrycznego od dugoci wiata). Pomiarów dokonalimy dla staej wartoci napicia przyspieszajcego U = 67 V.
W kocowej fazie wiczenia dokonalimy pomiaru charakterystyki: I = f (U) (zaleno prdu fotoelektrycznego od napicia midzy anod a katod). Pomiary wykonalimy po dokonaniu zmiany polaryzacji napicia U " napicie przyspieszajce stao si napiciem blokujcym przepyw elektronów od katody do anody. Pomiarów dokonalimy kilkakrotnie dla rónych wartoci dugoci fali wietlnej .
Na podstawie zdjtych charakterystyk wyznaczylimy czerwon granic zjawiska fotoelektrycznego 0, prac wyjcia elektronu W.
Wyniki pomiarów i obliczenia:
Badanie zalenoci natenia prdu fotoelektrycznego od odwrotnoci kwadratu odlegoci róda wiata od fotokomórki (porednio od natenia owietlenia fotokatody): I = f (1/r2):
Wartoci do przyjcia:
klV = 0,5 %,
UZ = 150 V,
klA = 0,5 %,
IZ = 15 A,
r = 1 mm " bd bezwzgldny pomiaru odlegoci.
Obliczenia wstpne:
obliczanie bdu bezwzgldnego pomiaru napicia U:
obliczanie bdu bezwgldnego pomiaru prdu I:
Wyznaczanie charakterystyki I = f (1/r2):
U
U
r
r
1/r2
1/r2
I
I
[V]
[V]
[m]
[mm]
[1/m2]
[1/m2]
[A]
[A]
100,0
0,8
0,040
0,001
625
32
0,75
0,08
100,0
0,8
0,035
0,001
816
50
1,25
0,08
100,0
0,8
0,030
0,001
1111
80
1,75
0,08
100,0
0,8
0,025
0,001
1600
130
2,50
0,08
100,0
0,8
0,020
0,001
2500
260
4,75
0,08
100,0
0,8
0,015
0,001
4444
600
10,50
0,08
Przykadowe obliczenia:
obliczanie kwadratu odwrotnoci odlegoci róda wiata od katody:
obliczanie bezwzgldnego bdu odwrotnoci odlegoci róda wiata od katody:
Charakterystyka I = f (1/r2):
Wyniki regresji liniowej:
równanie prostej:
y [A] = 0,00254 [A m.2] x [1/m2] " 1,1 [A]
bdy wspóczynników:
a = 0,00014 [A m2] b = 0,3 [A]
wykres:
klV = 0,5 %,
UZ = 150 V,
klA = 0,5 %,
IZ = 15 A,
r = 1 mm " bd bezwzgldny pomiaru odlegoci.
Obliczenia wstpne:
obliczanie bdu bezwzgldnego pomiaru napicia U:
obliczanie bdu bezwgldnego pomiaru prdu I:
Wyznaczanie charakterystyki I = f (U):
l
l
U
U
I
I
[mm]
[mm]
[V]
[V]
[A]
[A]
20
1
2,0
0,8
0,75
0,08
20
1
4,0
0,8
1,00
0,08
20
1
6,0
0,8
1,50
0,08
20
1
8,0
0,8
1,75
0,08
20
1
10,0
0,8
2,00
0,08
20
1
15,0
0,8
2,50
0,08
20
1
20,0
0,8
2,75
0,08
20
1
25,0
0,8
2,75
0,08
20
1
30,0
0,8
2,75
0,08
Charakterystyka I = f (U):
3.3. Badanie zalenoci natenia prdu fotoelektrycznego od dugoci fali wietlnej: I = f ():
Wartoci do przyjcia:
klV = 0,5 %,
UZ = 75 V,
= 1 nm " bd bezwzgldny pomiaru dugoci fali wietlnej,
I " obliczane jako najmniejsza warto dla danego zakresu.
Obliczenia wstpne:
obliczanie bdu bezwzgldnego pomiaru napicia U:
Wyznaczanie charakterystyki I = f ():
U
U
I
I
[V]
[V]
[nm]
[nm]
[A]
[A]
67
4
400
1
0,90
0,02
67
4
410
1
1,1
0,1
67
4
420
1
1,2
0,1
67
4
430
1
1,4
0,1
67
4
440
1
1,5
0,1
67
4
450
1
1,7
0,1
67
4
460
1
1,9
0,1
67
4
470
1
2,0
0,1
67
4
480
1
2,2
0,1
67
4
490
1
2,4
0,1
67
4
500
1
2,5
0,1
67
4
510
1
2,6
0,1
67
4
520
1
2,7
0,1
67
4
530
1
2,6
0,1
67
4
540
1
2,4
0,1
67
4
550
1
2,2
0,1
67
4
560
1
1,8
0,1
67
4
570
1
1,6
0,1
67
4
580
1
1,3
0,1
67
4
590
1
0,96
0,02
67
4
600
1
0,60
0,02
67
4
610
1
0,29
0,01
67
4
620
1
0,13
0,01
67
4
630
1
0,060
0,002
67
4
640
1
0,032
0,002
67
4
650
1
0,019
0,001
67
4
660
1
0,012
0,001
67
4
670
1
0,0088
0,0002
67
4
680
1
0,0072
0,0002
67
4
690
1
0,0068
0,0002
67
4
700
1
0,0074
0,0002
67
4
710
1
0,0084
0,0002
67
4
720
1
0,010
0,001
67
4
730
1
0,012
0,001
67
4
740
1
0,014
0,001
67
4
750
1
0,015
0,001
Charakterystyka I = f ():
Na podstawie zalenoci: I = f () okrelilimy warto czerwonej granicy fotoefektu jako:
0 = (620 ± 10) nm
Na podstawie wartoci czerwonej granicy fotoefektu obliczylimy warto pracy wyjcia:
obliczanie wartoci pracy wyjcia elektronów:
obliczanie bdu bezwzgldnego wyznaczenia wartoci pracy wyjcia elektronów:
warto pracy wyjcia elektronów:
W = (2,00 ± 0,01) eV
Dla dugoci fali m. = 520 nm natenie prdu fotoelektrycznego byo najwiksze. Na podstawie relacji Einsteina wyznaczylimy maksymaln energi kinetyczn elektronów:
obliczanie maksymalnej energii kinetycznej elektronów:
obliczanie bdu bezwgldnego wartoci maksymalnej energii kinetycznej elektronów:
warto maksymalnej energii kinetycznej elektronów dla m. = 520 nm:
max = (0,62 ± 0,02) 10-19 J
Znajc maksymaln energi kinetyczn oraz mas elektronu wyznaczylimy maksymaln prdko elektronów wybijanych z katody przez wiato o dugoci fali m. = 520 nm:
obliczanie maksymalnej prdkoci elektronów:
obliczanie bdu bezwgldnego wartoci maksymalnej prdkoci elektronów:
warto maksymalnej prdkoci elektronów dla m. = 520 nm:
klV = 0,5 %,
I " obliczane jako najmniejsza warto dla danego zakresu.
= 1 nm " bd bezwzgldny pomiaru dugoci fali wietlnej,
Wyznaczanie charakterystyki I = f (U):
UZ
U
U
I
I
[nm]
[nm]
[V]
[V]
[V]
[A]
[A]
450
1
0,75
0,000
0,004
0,054
0,002
450
1
0,75
0,100
0,004
0,038
0,002
450
1
0,75
0,200
0,004
0,026
0,002
450
1
0,75
0,300
0,004
0,016
0,001
450
1
0,75
0,400
0,004
0,010
0,001
450
1
0,75
0,500
0,004
0,0062
0,0002
450
1
0,75
0,600
0,004
0,0038
0,0002
450
1
0,75
0,700
0,004
0,0017
0,0001
450
1
3
0,80
0,02
0,00082
0,00002
450
1
3
0,90
0,02
0,00030
0,00002
450
1
3
1,00
0,02
0,00006
0,00002
500
1
0,75
0,000
0,004
0,062
0,002
500
1
0,75
0,100
0,004
0,040
0,002
500
1
0,75
0,200
0,004
0,024
0,001
500
1
0,75
0,300
0,004
0,014
0,001
500
1
0,75
0,400
0,004
0,0070
0,0002
500
1
0,75
0,500
0,004
0,0034
0,0002
500
1
0,75
0,600
0,004
0,0013
0,0001
500
1
0,75
0,700
0,004
0,00040
0,00002
500
1
3
0,80
0,02
0,00008
0,00002
550
1
0,75
0,000
0,004
0,052
0,002
550
1
0,75
0,100
0,004
0,032
0,002
550
1
0,75
0,200
0,004
0,016
0,001
550
1
0,75
0,300
0,004
0,0074
0,0002
550
1
0,75
0,400
0,004
0,0030
0,0002
550
1
0,75
0,500
0,004
0,0009
0,0001
550
1
0,75
0,600
0,004
0,00022
0,00002
550
1
0,75
0,700
0,004
0,00002
0,00002
600
1
0,75
0,000
0,004
0,019
0,001
600
1
0,75
0,100
0,004
0,011
0,001
600
1
0,75
0,200
0,004
0,0046
0,0002
600
1
0,75
0,300
0,004
0,0017
0,0001
600
1
0,75
0,400
0,004
0,00054
0,00002
600
1
0,75
0,500
0,004
0,00016
0,00002
600
1
0,75
0,600
0,004
0,00006
0,00002
600
1
0,75
0,700
0,004
0,00002
0,00002
Przykadowe obliczenia:
obliczanie bdu bezwzgldnego pomiaru napicia U:
Charakterystyka I = f (U):
Na podstawie charakterystyk I = f (U) okrelilimy wartoci napi blokujcych:
dla = 450 nm ( = 6,8 1014 s-1): U0 = (1,00 ± 0,02) V,
dla = 500 nm ( = 6 1014 s-1): U0 = (0,80 + 0,02) V,
dla = 550 nm ( = 5,5 1014 s-1): U0 = (0,700 ± 0,004) V,
dla = 600 nm ( = 5 1014 s-1): U0 = (0,500 ± 0,004) V.
Wyniki regresji liniowej:
równanie prostej:
y [V] = 0,27 10-14 [V/s-1] x [s-1] " 0,8 [V]
bdy wspóczynników:
Badanie zalenoci natenia prdu fotoelektrycznego od napicia midzy anod a katod: I = f (U):
Wartoci do przyjcia:
Vmax = (3,69 ± 0,06) 105 m/s
Badanie zalenoci natenia prdu fotoelektrycznego od napicia midzy anod a katod: I = f (U) dla rónych wartoci dugoci fali wietlnej :
Wartoci do przyjcia:
a = 0,03 10-14 [V/s-1] b = 0,2 [V]
Dla powyszych wartoci narysowalimy charakterystyk: U0 = f ():
Charakterystyka U0 = f ():
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Biofizyka ćwiczenie M1 doc
pytania z cwiczen z hist doc
Ćwiczenie 27B doc
Ćwiczenia nr 6 (1) doc
Cwiczenia 8 gr1 (2) doc
Ćwiczenie 3 09 doc
ćwiczenie proj doc
Ćwiczenia nr 1 doc
Ćwiczenie 115 doc
ćwiczenie 7 (opis wykonania ćwiczenia i obliczenia) doc
Ćwiczenie 113 doc
ćwiczenie 10 (2) doc
Ćwiczenie nr 5 doc
ćwiczenie 19 (wykonanie ćwiczenia i obliczenia) doc
ćwiczenie 15 (2) doc
więcej podobnych podstron