Na podstawie wykresu zależności U₀ = f (ν) wyznaczyliśmy stałą Plancka:

• obliczanie wartości stałej Plancka:

gdzie: a = 0,27 10^-14 V/s^-1 − współczynnik uzyskany w regresji liniowej.

• obliczanie wartości błędu bezwzględnego stałej Plancka:

gdzie: Δa = 0,03 10^-14 V/s^-1 − błąd bezwzględny współczynnika uzyskanego w regresji liniowej.

• wartość stałej Plancka:

h = (4,32 ± 0,48) 10^-34 J s

5. Wnioski:

W ćwiczeniu badaliśmy prawa fizyczne towarzyszące zewnętrznemu zjawisku fotoelektrycznemu.

W pierwszej części ćwiczenia badaliśmy zależność natężenia fotoprądu od odwrotności kwadratu odległości źródła światła od fotokomórki. Pomiarów dokonaliśmy dla stałej wartości napięcia przyspieszającego U = 100 V. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdziliśmy, iż wraz ze wzrostem odległości źródła światła od katody natężenie fotoprądu maleje, przy czym zależność natężenia prądu fotoelektrycznego od odwrotności kwadratu odległości jest liniowa. Jest to związane z tym, iż wraz ze wzrostem odległości natężenie oświetlenia fotokatody maleje, a co za tym idzie maleje natężenie fotoprądu.

Badaliśmy także zależność natężenia prądu fotoelektrycznego od napięcia przyspieszającego. Pomiary wykonaliśmy dla stałej wartości odległości źródła światła od katody r = 20 mm. W rezultacie uzyskaliśmy początkowo prawie liniowo wzrastającą charakterystykę prądu przy wzrastającym napięciu przyspieszającym, jednak od pewnej wartości U = 20 V dalsze zwiększanie napięcia nie zmieniało wartości prądu. Było to spowodowane tym, iż istnieje pewna granica, powyżej której następuje nasycenie (wówczas płynie tzw. fotoprąd nasycenia). Jest to stan, gdy wszystkie elektrony z katody docierają do anody, dlatego dalsze zwiększenie napięcia nie może już zwiększyć fotoprądu.

Na początku drugiej części ćwiczenia dokonaliśmy pomiaru charakterystyki I = f (λ) dla stałej wartości napięcia przyspieszającego U = 67 V. Na podstawie uzyskanych pomiarów stwierdziliśmy, iż w początkowej fazie pomiarów wraz ze wzrostem długości fali rośnie natężenie fotoprądu. Jednak od pewnej wartości λ_m. występuje maksymalna wartość fotoprądu, a następnie wraz z dalszym wzrostem długości fali natężenie fotoprądu zaczyna maleć, aż całkowicie zanika przy pewnej wartości granicznej λ₀. Było to spowodowane tzw. „czerwoną granicą fotoefektu”. Jest to taka wartość długości fali, przy której energia padających na katodę kwantów światła jest tak mała, iż nie wystarcza ona na wybicie elektronów z katody. Dla fal świetlnych o długości większej od λ₀ nie zachodzi zjawisko fotoefektu.

Dla wartości długofalowej granicy fotoefektu λ₀ wyznaczyliśmy wartość pracy wyjścia elektronów: W = (2,00 ± 0,01) eV. Jest to wartość porównywalna z wartościami umieszczonymi w tablicach fizycznych.

Z wykresu odczytaliśmy także wartość λ_m. na podstawie której obliczyliśmy maksymalną wartość energii kinetycznej (ε_max = (0,62 ± 0,02) 10^-19 J) oraz maksymalną prędkość elektronów (V_max = (3,69 ± 0,06) 10⁵ m/s).

W ostatniej fazie ćwiczenia dokonaliśmy „zdjęcia” zależności natężenia fotoprądu od napięcia hamującego (polaryzacja przeciwna do polaryzacji napięcia przyspieszającego). Na podstawie uzyskanych wyników pomiaru stwierdziliśmy, iż nawet dla ujemnych wartości napięcia występuje przepływ elektronów od katody do anody. Jest to spowodowane tym, iż elektrony mają pewną energię kinetyczną, która pozwala im na pokonanie pola elektrycznego pochodzącego od napięcia między anodą a katodą. Ponadto zauważyliśmy, że przy pewnej wartości napięcia występuje wygaszenie fotoprądu. Napięcie, przy którym zanika fotoprąd nazywane jest napięciem blokującym U₀.

Pomiary charakterystyki I = f (U) wykonaliśmy dla czterech różnych wartości długości fali λ (450, 500, 550 oraz 600 nm). Zauważyliśmy przy tym, że dla różnych długości fali występuje inna wartość napięcia blokującego U₀ − im dłuższa fala świetlna, tym napięcie blokujące miało mniejszą wartość. Było to spowodowane tym, że im większa długość fali tym mniejsza energia kwantu światła oraz mniejsza energia kinetyczna elektronów, a co za tym idzie mniejsza wartość napięcia blokującego (ε = e U₀, gdzie e − ładunek elementarny).

Na podstawie zebranych wartości narysowaliśmy zależność napięcia blokującego od długości fali. Na wykresie uzyskaliśmy liniową zależność U₀ od λ. Na podstawie wykresu wyznaczyliśmy wartość stałej Plancka h = (4,32 ± 0,48) 10^-34 J s. Jest to wartość zbliżona do wartości rzeczywistej.

---