Ćwiczenie 91 B

WYZNACZANIE CZERWONEJ GRANICY ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO ORAZ PRACY WYJŚCIA ELEKTRONÓW Z POWIERZCHNI MATERIAŁU FOTOKATODY

Patrycja Norek, 199772

1. Zestaw przyrządów:

1. Fotokomórka,

2. Zasilacz stabilizowany do fotokomórki

3. Spektrometr SPEKOL ze stabilizatorem napięcia

4. Mikroamperomierz prądu stałego

5. Woltomierz napięcia stałego

6. Przewody elektryczne.

1. Schemat układu pomiarowego

1. Cel ćwiczenia: wyznaczenie prądowo–napięciowej charakterystyki fotokomórki dla kilku wartości strumienia promieniowania padającego na fotokatodę; sprawdzenie liniowej zależności prądu fotoelektrycznego od wartości strumienia promieniowania padającego na fotokatodę; wyznaczenie czerwonej granicy fotoefektu i pracy wyjścia elektronu z fotokatody; wyznaczenie stałej Plancka.

1. Pomiary

λ = 482 nm

i = 9,5 μA

i_t=0,5 μA

Z_A=1 *10¯⁶ A – zakres amperomierza

λ [nm]	Δλ [nm]	is [μA]	Δis [μA]
400	10	4	0,5
410		4,9
420		5,5
430		6,1
440		6,9
450		7,6
460		8,2
470		9,3
480		9,4
490		8,9
500		8,5
510		8,4
520		8,1
530		7,5
540		6,8
550		5,9
560		4,9
570		4
580		3
590		2
600		1,2
610		1
620		0,5
630		0,1
640		0
650		0
660		0
670		0
680		0
690		0
700		0

• Na podstawie zależności: I = f (λ) określiłam wartość czerwonej granicy fotoefektu jako:

λ₀ = 620 nm

• Na podstawie wartości czerwonej granicy fotoefektu obliczyłam wartość pracy wyjścia:

• obliczanie wartości pracy wyjścia elektronów

W=h*c/λ₀=$\ \frac{6,63 10^{34} 3 108}{620 109}$ = 3,208·10¯¹⁹ [J] ≈ 2,00 [eV]

• obliczanie błędu bezwzględnego wyznaczenia wartości pracy wyjścia elektronów:

∆W= $\frac{W}{\lambda_{0}}$ Δλ₀=3,208*10-19*10^-6/620*10^-9= 0,052·10¯¹⁹ J= 0,033 [eV]

• obliczanie błędu względnego wyznaczenia wartości pracy wyjścia elektronów:

∆W/W=1,65%

• wartość pracy wyjścia elektronów:

  W = 2,00 (0,033) eV

• Dla długości fali λ_m = 482 nm natężenie prądu fotoelektrycznego było największe. Na podstawie relacji Einsteina wyznaczyłam maksymalną energię kinetyczną elektronów:

• obliczanie maksymalnej energii kinetycznej elektronów:

  E_max=$\frac{hc}{\text{λm}}$-W=6,63*10^-34*3*10⁸/482*10^-9-3,208*10^-19=0,919*10^-19 J≈0,92*10^-19 J

• obliczanie błędu bezwzględnego wartości maksymalnej energii kinetycznej elektronów:

  ∆E_max = $\frac{hc}{\lambda_{1}}$*∆λ + ∆W = $\frac{6,63 10^{34} 3 108}{(482 109)}$ * 10¯⁸ + 0,052*10¯¹⁹ = 0,034 *10¯¹⁹ [J]

• wartość maksymalnej energii kinetycznej elektronów dla λ_m. = 520 nm:

  ε_max = 0,62 10^-19 (0,034 10^-19) J

• Znając maksymalną energię kinetyczną oraz masę elektronu wyznaczyłam maksymalną prędkość elektronów wybijanych z katody przez światło o długości fali λ_m = 482 nm:

• obliczanie maksymalnej prędkości elektronów:

$v = \ \sqrt{\frac{2\text{Emax}}{\text{me}}} = \sqrt{\frac{2 0,92 109}{9,11 10}}$ = 4,49*10⁵ [$\frac{m}{s}$]

• obliczanie błędu bezwzględnego wartości maksymalnej prędkości elektronów:

$v = \ \frac{E_{\max}}{\sqrt{2m_{e}E_{\max}}} = \frac{0,034 109}{\sqrt{2 0,092 109 9,11 10}}$ = 0,08*10⁵ [$\frac{m}{s}$]

• wartość maksymalnej prędkości elektronów dla λ_m = 482 nm:

v_max = 4,49*10⁵ (0,08 * 10⁵) m/s

1. Wnioski:

Przy stałej wartości napięcia, wartość natężenia powstającego prądu zmienia się wraz ze zmianą długości fali padającego promieniowania na fotokomórkę. Po osiągnięciu wartości granicznej λ₀ równej (620 ± 10) nm fotoprąd nie powstaje.

Po obliczeniu pracy wyjścia elektronów można określić, że katoda w fotokomórce jest zrobiona z potasu lub cezu. Dokładnie nie wiadomo, ponieważ podczas pomiarów wystąpiły błędy pomiarowe, więc obliczona wartość jest tylko przybliżona.