LABORATORIUM FIZYKI |
ĆWICZENIE: 36 |
|||
|
|
|
DATA: |
|
Wydział:
|
Grupa:
|
Zespół:
|
Punktacja:
|
Przygotowanie: |
Nazwisko i imię: |
|
|
||
Temat ćwiczenia: Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego |
|
Sprawozdanie: |
||
Prowadzący: |
|
Suma punktów:
|
WSTĘP
Celem cwiczenia było zbadanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego.Efekt fotoelektryczny zewnętrzny polega na wybijaniu z powierzchni metalu elektronów przez padającą wiązkę światła o określonej częstości.Emitowane w taki sposób elektrony noszą nazwę fotoelektronów. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości. Osobą, która odkryła to zjawisko był Albert Einstein. Zaproponował następująca zależnośc, która jest zarazem wyjaśnieniem zjawiska.
Gdzie
- stała Plancka
- częstość padającego światła
W - praca wyjścia
- maksymalna energia jaką może uzyskać wybity elektron
Ze względu na fakt zgodności tej teorii z doświadczeniem została uznana za prawdziwą. Znając wartość ładunku elementarnego oraz zależność napięcia hamowania od częstości światła można wyznaczyć stałą Plancka i pracę wyjścia z zastosowanego metalu, co było celem tego doświadczenia.
gdzie
- napięcie hamowania przyłożone między katodę a anodę
- ładunek elementarny
UKŁAD POMIAROWY, WYKONANIE CWICZENIA
Cwiczenie zostało wykonane według następującego schematu.
Składa się on z fotokomórki, monochromatora(lub filtrów interferencyjnych), źródła światła, potencjometru pozwalającego zmieniać napięcie zasilacza jak i jego polaryzację, oraz woltomierza i amperomierza.
Przy wyłączonym źródle światła amperomierz ustawiono na położeniu zero. Ustawiono zerowe napięcie na fotokomórce i włączono źródło światła. Następnie na bębnie monochromatora ustawiono długośc długość fali. Stopniowo zwiększano ujemne napięcie między anoda, a fotokatodą w fotokomórce, aż do uzyskania zerowego natężenia prądu. Odczytano potencjał hamowania, przy którym to nastąpiło. Na końcu zmieniono długość fali o 10nm i powtarzano czynności.
WYNIKI, ICH OPRACOWANIE I RACHUNEK BŁĘDU
Wyniki pomiarów przedstawia tabela
|
v[Hz] |
Uh [V] |
420 |
6,97x10 |
-1,150 |
430 |
6,81x10 |
-1,098 |
440 |
6,50x10 |
-1,048 |
450 |
6,38x10 |
-0,991 |
460 |
6,25x10 |
-0,941 |
470 |
6,12x10 |
-0,886 |
480 |
5,88x10 |
-0,830 |
490 |
5,76x10 |
-0,784 |
500 |
5,66x10 |
-0,735 |
510 |
5,55x10 |
-0,685 |
520 |
5,45x10 |
-0,638 |
530 |
5,36x10 |
-0,595 |
540 |
5,25x10 |
-0,537 |
550 |
5,17x10 |
-0,505 |
560 |
5,08x10 |
-0,465 |
570 |
5x10 |
-0,432 |
580 |
4,83x10 |
-0,400 |
590 |
4,78x10 |
-0,371 |
600 |
4,75x10 |
-0,355 |
610 |
4,67x10 |
-0,343 |
620 |
4,60x10 |
-0,340 |
630 |
4,56x10 |
-0,329 |
640 |
4,51x10 |
-0,335 |
Gdzie
-długośc fali , v - częstotliwośc fali , Uh - napięcie hamowania
Zależnośc napięcia hamowania od częstotliwości padania światła przedstawia wykres wykonany w programie ORIGIN.Do powyższych danych dopasowano zależnośc liniową
i otrzymano następujące współczynniki
A= 1,45202
0,04026
B= -3,66892x10
7,05209x10
Wyznaczono stałą Plancka ze wzoru
h=B∙e
przyjmując stałą e=1.60217733
[C]
niepewność tego wyniku oszacowano z różniczki zupełnej
Ostatecznie stała Plancka
h=(5,8±0,15)
[Js]
Dokładna wartość stałej Plancka (wzięta z tablic) to:
Wyznaczenie pracy wyjścia
W = A∙e
A=1,45202 e=1.60217733
[C]
W=2,3133516∙10-19 [J]
niepewność tego wyniku oszacowano z różniczki zupełnej
0,04026
=0,0732256∙10-19 [J]
Ostatecznie praca wyjścia
W = (2,313±0,074)∙10-19 [J] =
Pomiar charakterystyki prądowo napięciowej dla długości fali
U [V] |
I [nA] |
-0,37 |
0 |
-0,29 |
13 |
-0,19 |
27 |
0 |
50 |
1 |
160 |
3 |
260 |
5 |
300 |
7 |
308 |
9 |
325 |
11,01 |
340 |
12,02 |
340 |
Pomiar charakterystyki ilustruje wykres
Wykres obrazuje wzrost natężenia prądu i potencjału hamowania do pewnej wartości, gdzie potencjał hamowania nie ulega zmianom mimo, że następuje wzrost natężenia.
WNIOSKI
Stała Plancka otrzymana przedstawioną metodą jest niewątpliwie zgodna z danymi teoretycznymi. Aby poprawić otrzymane wyniki należałoby zwiększyć liczbę pomiarów. Prezentowane wyniki z pewnością wynikają z niedokładności pomiaru przez co wynika różnica pomiędzy obliczoną wartością stałej Plancka, a wartością tablicową
(h = 6,6260755∙10-34 [Js]). Najprawdopodobniej wynika to ze złego ustawienia położenia zera na potencjometrze. Wykres charakterystyki prądowo napięciowej opisują charakterystykę prądowo - napięciową fotokomórki.