Krzysztof Nagórski

I RAT gr. A

gr. lab. III

Sprawozdanie

Badanie zjawiska fotoelektrycznego

• Podstawy teoretyczne.

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne polega na zmianie stanu energetycznego elektronów wewnątrz ciał w wyniku absorpcji promieniowania elektromagnetycznego. Najczęściej chodzi tu o przejście elektronów z pasma podstawowego półprzewodników do pasma przewodnictwa kosztem fotonów o energii nie mniejszej od szerokości przerwy energetycznej, rozdzielającej te pasma (h_v≥E_g). Powstałe w ten sposób elektrony i dziury gwałtownie zwiększają przewodnictwo elektryczne materiałów. Zjawisko to nazywamy fotoprzewodnictwem.

Albert Einstein wyjaśnił własności fotoelektryczne. Założył, że światło składa się z fotonów o energii h_v. Przy niezbyt dużym oświetleniu foton oddaje swą energię tylko jednemu elektronowi, dzięki czemu może pokonać on barierę potencjału W/e związaną z pracą wyjścia. Pozostałą część energii fotonu unosi elektron w postaci energii kinetycznej. Z zależności poniżej wynika, że fotoefekt rozpoczyna się od częstości V₀, przy której hV₀ fotonu równa się pracy wyjścia W.

Maksymalna energia kinetyczna fotoelektronów i napięcie ich hamowania (będące sumą napięcia blokującego U_b i napięcia kontaktowego U_k między katodą i anodą) rosną wraz z częstością fal elektromagnetycznych.

Ilość elektronów wybijających w jednostce czasu, a zatem i natężenie prądu nasycenia, przy którym anoda przechwytuje wszystkie wybijane elektrony, są proporcjonalne do liczby fotonów padających na katodę w jednostce czasu, czyli do natężenia oświetlenia i powierzchni katody. Prędkość wybijających elektronów jest zawarta w przedziale od ) do V_max określonej równaniem:

• Tabela pomiarowa:
  
  

Wzory dotyczące zjawiska fotoelektrycznego:

- prawo Einsteina

- potencjał hamujący

- częstotliwość prądowa

- natężenie prądu nasycenia (I_s - światłość źródła Z)

r [m]	0,1	0,125	0,15	0,175	0,2
r^-2 [m^-2]	100	64	44,4	32,7	25
Ina [μA]	15,2	11	8,2	6,3	4,9

• Wnioski:

Możemy zauważyć, że natężenie prądu rośnie wraz ze zmniejszaniem odległości (a tym samym z natężeniem światła). Jednak, po przekroczeniu pewnej wartości (prąd nasycenia) narastanie prądu maleje, i ustala się na tym poziome nieznacznie się zmieniając. To znaczy, że po przekroczeniu tej wartości natężenie prądu nie ma znaczącego wpływu na zmianę natężenia.

Badanie zjawiska fotoelektrycznego WSM 2002 1/1

15.03.2002r.

- 1 -

A

V

+ -

ZASILACZ

F

f

z

K

I [μA]

U [V]

---