LABOLATORIUM FIZYKI I			ĆWICZENIE NR. 36
Wydział:	Grupa:	Zespół:	Data:
Nazwisko i imię:			ocena	Przygotowanie:
Temat ćwiczenia: Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego					Zaliczenie:

1. Jednym ze sposobów oddziaływania fali elektromagnetycznej, czyli światła z materią jest efekt fotoelektryczny zewnętrzny, który polega na wybijaniu elektronów z powierzchni metalu przez padającą wiązkę światła o odpowiedniej częstotliwości. Zgodną z wynikami eksperymentalnymi interpretację zjawiska fotoelektrycznego podał dopiero w 1905 roku A. Einstein, który zaproponował tzw. fotonową teorię zjawiska fotoelektrycznego. Teoria ta traktuje światło jako strumień cząstek (fotonów). Fotony posiadają energię hv, gdzie h- stała Planca, v- częstotliwość światła. Efekt fotoelektryczny to zderzenie fotonu z elektronem „uwięzionym” w metalu. Zasada zachowania energii według teoria Einsteina:

H_v=W+E_max

, gdzie h_v- energia fotonu padająca na fotokatodę

W- praca wejścia elektronu

E_max- max. energia kinetyczna, jaką może uzyskać elektron po wyjściu z fotokatody

Z tej właśnie teorii korzystaliśmy w pierwszym etapie ćwiczenia, aby wyznaczyć potencjał hamowania.

2. Układ pomiarowy

Układu pomiarowy stworzony był przez:

- potencjometr

- nanoamperomierz

- fotokomórka

- zasilacz

- woltomierz o klasie dokładności 2 i zakresie pomiarowym 10V

Błąd woltomierza wynosi:

ΔU= 2^.10/100= 0,2 [V]

Na fotokomórkę pada źródło światła, potencjometr służy do zmniejszania napięcia zasilacza, co powoduje zmniejszenie jego polaryzacji, natomiast amperomierz i woltomierz budują natężenie i napięcie prądu. W układzie umieszczony jest również monochromator, który oświetla fotokomórkę światłem o odpowiedniej długości fali.

3. Wykonanie ćwiczenia

Ćwiczenie składało się z dwóch części:

I. Pomiar napięcia hamowania dla fal w przedziale 420- 640 [nm]

1. Sprawdzenie schematu układu pomiarowego.

2. Ustawienie na bębnie monochromatora wartości fali z mierzonego zakresu

3. Z każdym pomiarem sprawdzenie wartości 0 w amperomierzu.

4. Ustawienie zerowej wartości dla potencjometru

5. Dla jednej długości fali, dwukrotny pomiar i zapis wyników hamowania fali

6. Zestawienie wyników w tabeli

II. Pomiar charakterystyki prądowo- napięciowej fotokomórki dla długości fali λ= 600[nm]

1. Sprawdzenie schematu układu pomiarowego.

2. Ustawienie na bębnie monochromatora wartości fali λ= 600[nm]

4. Ustawienie zerowej wartości dla potencjometru

3. Zmiana natężenia prądu do chwili zauważenia utrzymywania się stałego potencjału hamowania

5. Pomiar dla jednej długości fali

4. Wyniki i ich opracowanie

I. Pomiar napięcia hamowania dla fal w przedziale 420- 640 [nm]

W tej części ćwiczenia mierzyliśmy wartości napięcia hamowania dla fal o długościach z przedziału od 420 do 640 [nm] zmieniając długość fali, co 10 [nm]. Następnie korzystając z zależności
[Hz]; gdzie c-prędkość światła [m/s],
- długość fali [m] wyznaczyliśmy częstotliwość dla poszczególnych długości fali oraz korzystając z programu Origin wyznaczyliśmy doświadczalną stałą Plancka.

Wyniki pomiarów przedstawiono w poniższej tabeli:

Lp.	λ [nm]	Uh2 [V]	Uh2 [V]	V [Hz]
1.	420	-1,07	-1,08	7,14E+14
2.	430	-1,06	-1,13	7,05E+14
3.	440	-1,04	-1,04	6,97E+14
4.	450	-0,99	-0,9	6,89E+14
5.	460	-0,99	-0,96	6,81E+14
6.	470	-0,94	-0,92	6,74E+14
7.	480	-0,84	-0,85	6,66E+14
8.	490	-0,9	-0,79	6,59E+14
9.	500	-0,76	-0,74	6,52E+14
10.	510	-0,71	-0,68	6,45E+14
11.	520	-0,64	-0,64	6,38E+14
12.	530	-0,6	-0,61	6,31E+14
13.	540	-0,57	-0,57	6,25E+14
14.	550	-0,52	-0,53	6,18E+14
15.	560	-0,5	-0,5	6,12E+14
16.	570	-0,46	-0,46	6,06E+14
17.	580	-0,43	-0,43	6E+14
18.	590	-0,4	-0,4	5,94E+14
19.	600	-0,38	-0,39	5,88E+14
20.	610	-0,35	-0,37	5,82E+14
21.	620	-0,32	-0,33	5,77E+14
22.	630	-0,34	-0,32	5,71E+14
23.	640	-0,29	-0,31	5,66E+14

Korzystając ze znajomości nachylenia prostej:

B= -3,66892-14

ΔB= 7,05209-16

oraz:

A= 1,45202

ΔA= 0,04026

, wyznaczam stałą Plancka posługując się wzorem
, który po przekształceniu pozwala na obliczenie h=B.e

h= 36,6892^-15.1,60217733^-19= 5,87826404^-34 [Js]

Błąd wyznaczania stałej Plancka liczę metodą różniczki zupełnej:

Δ= 1,60217733^-19.0,705209^-15= 1,12986987^-34

Zapis wyniku pomiarów:

h= (5,9
1,2).10^-34 [Js]

Korzystając w dalszym ciągu ze znajomości nachylenia prostej, obliczam pracę wyjścia z zależności
, gdzie po przekształceniu wzoru otrzymuję

W= 1,45202^.1,60217733^-19= 2,3263936^-19 [J]

Błąd wyznaczania pracy wyjścia obliczam analogicznie do wcześniejszego przypadku z metody różniczki zupełnej:

ΔW= 1,602177733^-19. 0,04026= 0,0645037^-19 [J]

Zapis wyniku pomiarów:

W= (2,326
0,065).10^-19 [J]

II. Pomiar charakterystyki prądowo- napięciowej dla długości fali λ= 600[nm]

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 poniższy wykres

5. Wnioski

Metoda wyznaczania stałej Plancka wykorzystująca efekt fotoelektryczny pozwala na dość precyzyjne określenie tej wartości. Ewentualne rozbieżności pomiędzy wynikiem doświadczalnym a teoretycznym mogą być spowodowane błędami odczytu i niedokładnością aparatury pomiarowej wykorzystanej w ćwiczeniu.

Wykres z drugiej części ćwiczenia bardzo dobrze obrazuje wzrost natężenia prądu i potencjału hamowania do pewnej wartości, gdzie potencjał hamowania nie ulega zmianom pomimo wzrostu natężenia. Jest to potwierdzenie dla doświadczeń, które były wykonane przy badaniu zjawiska fotoelektrycznego.

1

1

---