Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział: Nauk o Materiałach i Środowisku

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Semestr: II

Ćwiczenie nr 66

Wyznaczanie stałej Plancka

Grupa nr 207

Izabela Wykręt

Michał Paździora

Michał Pękala

Część teoretyczna:

1. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, polega na emisji elektronów z powierzchni niektórych metali lub innych materiałów o małej pracy wyjścia, pod wpływem padającego na nie światła. Emitowane w ten sposób elektrony tworzą w określonych warunkach prąd fotoelektryczny.

2. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne jest dowodem na korpuskularny charakter światła gdyż doświadczenia wykazały, że:

• elektrony zostają wybijane , jeżeli częstotliwość padającego światła ν jest większa od pewnej wartości granicznej ν₀

• liczba wybitych elektronów nie zależy od natężenia padającego światła co jest sprzeczne z falową teorią światła .

3. Według M. Plancka energia zmienia się nie w sposób ciągły, lecz porcjami - kwantami energii. Energia kwantu jest wprost proporcjonalna do częstotliwości emitowanego promieniowania.

E=h⋅ν

gdzie: v-częstośc fali elektromagnetycznej

h-stała Plancka

h=6,6249⋅10^-34 [J⋅s]

4. Energia przekazywana jest porcjami zwanymi kwantami energii - niemożliwe jest dostarczenie tylko części kwantu energii . Część energii padającego światła zwana pracą wyjścia W potrzebna jest do tego aby elektron mógł być wybity z powierzchni metalu .

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne opisuje równanie Einsteina-Millikana:

gdzie:

• W- bariera potencjału jaką elektron musi pokonać aby opuścić powierzchnie danego materiału,(praca wyjścia elektronu).

• E_kin- to energia kinetyczna jaką uzyska wybity elektron

Dla fotonów o energii mniejszej od pracy wyjścia nie można wywołać emisji fotoelektronów, a zatem praca wyjścia jest równa energii fotonów światła o częstości równej częstości granicznej:

W = hν_g

Przedmioty niezbędne do wykonania ćwiczenia:

- zasilacz,

- 2 woltomierze,

- fotokomórka,

Schemat układu pomiarowego:

Wyniki pomiarów i obliczenia

Zależność prądu fotokomórki od długości fali światła padającego na nią

Obliczanie

Dla

Obliczenie
(wg prawa Ohma)

Dla
i

Tabela nr 1

	400	420	440	460	480	500	520
	0,0586	0,0674	0,0724	0,0741	0,0731	0,0711	0,0671
	0,750	0,714	0,682	0,652	0,625	0,600	0,577
	23,53	27,07	29,08	29,76	29,36	28,55	26,95

	540	560	580	600	620	640	660
	0,0605	0,0528	0,0436	0,0219	0,0056	0,0017	0,0007
	0,556	0,536	0,517	0,500	0,484	0,469	0,455
	24,30	21,20	17,51	8,80	2,25	0,68	0,28

Wyznaczanie krzywych „hamowania”
dla trzech długości fali: 400, 500, 600

Obliczenie
(wg prawa Ohma)

- dla
i

- dla
i

- dla
i

Tabela nr 2

0,1	0,0457	18,35	0,1	0,0515	20,68	0,1	0,0109	4,38
0,2	0,0341	13,69	0,2	0,0314	12,61	0,2	0,0034	1,37
0,3	0,0246	9,88	0,3	0,0153	6,14	0,3	0,0005	0,20
0,4	0,0169	6,79	0,4	0,0056	2,25	0,385	0,0000	0,00
0,5	0,0110	4,42	0,5	0,0015	0,60
0,6	0,0068	2,73	0,586	0,0000	0,00
0,7	0,0039	1,57
0,8	0,0019	0,76
0,9	0,0006	0,24
0,983	0,0000	0,00

Wyznaczenie doświadczalnej zależności U_hm=U_hm (ν)

Dla
0,0071

Dla
0,0063

Tabela nr 3

	400	420	440	460	480	500	520	540	560	580	600
	0,0075	0,0071	0,0068	0,0065	0,0063	0,0060	0,0058	0,0056	0,0054	0,00517	0,0050
	0,983	0,880	0,784	0,708	0,641	0,586	0,534	0,486	0,454	0,432	0,385
0,0071			0,846 [V]			0,0063			0,665 [V]

Obliczenie wartości stałej Plancka i pracy wyjścia

- zależność

gdzie e - ładunek elektrony równy

Obliczenie błędów stałej Plancka i pracy wyjścia

Tabela nr 4

Trzeba jeszcze obliczyć wartości pozostałe w tabelce (na podstawie wykresu) i obliczyć 2 punkty do narysowania prostej regresji. Nie mam tego tutaj, te 2 rzeczy były obliczone „ręcznie” przed samym oddaniem sprawozdania.

2

---