nr ćwicz. 220	data 06.11.2011	Adrian Ziółkowski	Wydział WMRiT	Semestr I	grupa T10
Prowadzący: dr Roman Cegielski			Przygotowanie Adrian Ziółkowski	Wykonanie Adrian Ziółkowski	ocena

TEMAT: WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA I PRACY WYJŚCIA NA PODSTAWIE ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO

1. Wstęp:

W obwodzie elektrycznym zawierającym źródło napięcia oraz dwie metalowe płytki rozdzielone warstwą próżni na ogół nie płynie prąd elektryczny. Jeżeli jednak płytka o potencjale ujemnym zostanie oświetlona to pojawi się prąd tym większy, im silniejsze będzie oświetlenie. To zjawisko nazywane jest Zjawiskiem fotoelektrycznym.

Zjawiskiem fotoelektrycznym rządzą następujące prawa:

a) Fotoelektrony pojawiają się natychmiast po naświetleniu metalu (po czasie 3*10^-9s).

b) Prąd fotoelektryczny, czyli ilość emitowanych w jednostce czasu elektronów jest proporcjonalna do oświetlenia.

c) Energia fotoelektronów nie zależy od oświetlenia, jest ona proporcjonalna do częstotliwości drgań fali świetlnej .

Przemiany energii w zjawisku fotoelektrycznym opisuje równanie Einsteina

(1)

gdzie: h - stała Plancka równa 6,62თ10 ^-34 Jთs, ၵ - częstotliwość fali świetlnej, W - praca wyjścia

m - masa elektronu, v - jego prędkość poza metalem.

Prąd fotoelektryczny płynie nawet wtedy, gdy między anodą i katodą nie ma napięcia. Dzieje się tak dzięki energii kinetycznej posiadanej przez elektrony w momencie wybicia z metalu. Jeżeli napięcie ma odpowiednią wartość zwaną potencjałem hamującym V_h to następuje całkowite zahamowanie elektronów - ich energia kinetyczna zostaje zużyta na wykonanie pracy przeciwko polu elektrycznemu.

(2)

Uwzględniając powyższy związek możemy przekształcić równanie (1) do postaci :

(3)

Na podstawie wykresu zależności V_h=f(ၵ) można znaleźć stałą Plancka h oraz pracę wyjścia W.

Przebieg ćwiczenia :

1. Przyrządy połączyć zgodnie ze schematem:

1 - Zasilacz oświetlenia

2 - Żarówka

3 - Przysłona

4 - Filtr

5 - Fotokomórka

6 - Mikroamperomierz cyfrowy

7 - Woltomierz cyfrowy

8 - Zasilacz

2. Nastawić filtr przepuszczający najkrótszą długość fali świetlnej ( nr.1 )

3. Napięcie na anodzie fotokomórki nastawić na +20 V, a jej oświetlenie wyregulować przesłoną tak aby fotoprąd wskazywany przez mikroamperomierz wskazywał nieco mniej niż 4 ၭA (4000 jednostek ).

4. Wykonać pomiary fotoprądu zmieniając stopniowo napięcie aż do całkowitego jego zaniku .

5. Wykreślić charakterystykę prądowo napięciową fotokomórki.

6. Dla każdego filtru ustalić wartość napięcia hamującego, powodującego zanik fotoprądu. Odczytać wartość napięcia hamującego V_h . Pomiar powtórzyć trzy razy.

7. Sporządzić wykres zależności napięcia hamowania od częstotliwości.

8. Wyznaczyć z wykresu stałą Plancka i pracę wyjścia stosując regresje liniową.

7

6

8

5

2

1

4

3

---