LOGISTYKA I ROK	Beata Kozłowska grupa L3		07.05.2009
	20. Wyznaczanie stałej Plancka oraz pracy wyjścia elektronu.	Ocena

Wprowadzenie

1. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z powierzchni metali wywołanej pochłanianiem przez elektrony będące w warstwie przypowierzchniowej energii h fotonów padających na tę powierzchnię.

2. Fotoemisja elektronów jest możliwa tylko wtedy,, gdy energia padającego fotonu jest równa lub większa od pracy wyjścia elektronu.

3. Energie poszczególnych kwantów nie sumują się i kwanty o częstotliwości mniejszej od progowej nie mogą wytworzyć porcji energii zdolnej do wywołania fotoemisji.

4. Zjawisko fotoelektryczne opisuje prawo Einsteina.

gdzie: h - stała Plancka, h = 6,63  ^ Js

W - praca wyjścia elektronu

m - masa elektronu

v - prędkość elektronu

  częstotliwość fotonu

Ponieważ
,to

gdzie:   długość fali padającego fotonu

c - prędkość światła w próżni, c = 3 ^ m/s

E_max - maksymalna energia kinetyczna elektronu

5. Z prawa tego wynika, że energia pochłoniętego kwantu zostaje zużyta na wykonanie pracy wyjścia elektronu z powierzchni i nadanie mu energii kinetycznej. Fotoelektron opuszcza powierzchnię metalu z maksymalną energią kinetyczną daną wyrażeniem

6. Aby zwiększyć energię fotoelektronów przyśpiesza się je w polu elektrycznym wytworzonym między fotokatodą i anodą. Można w ten sposób uzyskać większe wartości fotoprądu wzbudzonego przez światło padające na fotokatodę.

7. Wartość fotoprądu, przy stałym natężeniu oświetlenia, rośnie w zależności od napięcia przyspieszającego , do nasycenia.

8. Korzystając z fotokomórki próżniowej w pewnych warunkach można wyznaczyć stałą Plancka występującą między innymi w równaniu Einsteina i mającą wymiar.

9. W celu przeprowadzenia pomiarów dla wyznaczenia stałej Plancka należy odwrotnie spolaryzować źródło zasilanie fotokomórki, tzn. anoda na potencjale ujemnym , fotokatoda na potencjale dodatnim.

10. Regulując napięcie hamujące można zmniejszyć wartość prądu fotoelektrycznego do zera. Umożliwia to wyznaczenie maksymalnej energii kinetycznej fotoelektronów z wyrażenia:

gdzie: e - ładunek elektronu, e = 1,602   ^-19 C

U - napięcie hamowania

11. Stałą Plancka oraz pracę wyjścia elektronu można wyliczyć z zależności:

2. Tabela pomiarów

Nr filtru	Długość fali λ [nm]	Szerokość połówkowa [nm]	Częstotliwość ν [1/s]	Napięcie hamujące
				U1	U2	U2	Uśr
1	368	10		853	709	727	763
2	373	10		1087	924	927	979
3	405	20		723	719	717	720
4	417	6		621	628	631	627
5	428	10		572	560	571	568
6	440	10		527	527	537	530
7	445	10		458	452	460	457
8	452	10		420	419	421	420

3. Przebieg ćwiczenia

Połączyliśmy układ pomiarowy według schematu powyżej. Przed przystąpieniem do pomiarów sprawdziliśmy, czy plamka świetlna galwanometru G znajduje się w położeniu zerowym. Potencjometrem P zasilacza ustawiliśmy minimalne napięcie (ok. 55 niV). Filtry interferencyjne umieszczaliśmy w gnieździe, oznaczonym przez F, znajdującym się pomiędzy fotokomórką a źródłem światła. Filtr musi być zwrócony stroną lustrzaną (bezbarwna) do żarówki. Każdy filtr oprócz numeru ma podaną długość fali λ w maksimum krzywej jego przepuszczalności i szerokość połówkową r przepuszczalności. Obydwa parametry podane są w nm. Filtr umieszczony w gnieździe naciskaliśmy za pomocą dźwigni do momentu zaświecenia żarówki. Przy zaświeconej żarówce regulowaliśmy napięcie hamujące, doprowadzając wartości natężenia prądu fotoelektrycznego do zera, puszczaliśmy dźwignię i odczytywaliśmy wartość napięcia U na woltomierzu. Wykonywaliśmy trzy serie pomiarowe, a wyniki zapisaliśmy w tabeli.

4. Obliczenia

• Obliczamy częstotliwość ze wzoru:
  

• Obliczamy Stałą Plancka:

z wykresu

Stała Planka wynosi:

• Obliczamy pracę wyjścia elektronu:

Filtr nr1

Filtr nr2

Filtr nr3

Filtr nr4

Filtr nr5

Filtr nr6

Filtr nr7

Filtr nr8

• Praca W jest średnią arytmetyczną poszczególnych prac

4. Niepewności pomiarów:

• Niepewność napięcia:

• Niepewność długości fali λ:

• Niepewność stałej Plancka:

• Niepewność procentowa stałej Plancka:

• Niepewność pracy wyjścia elektronu:

• Niepewność średnia pracy wyjścia elektronu:

Zestawienie danych

Wartość tablicowa:
.

Wartość obliczona:

5. Wnioski

W danym ćwiczeniu poznaliśmy metodę na wyznaczenie stałej Plancka oraz pracy wyjścia elektronu. Zaobserwowaliśmy, że podczas oświetlania katody światłem o mniejszej długości fali, napięcie hamujące wzrasta. Oznacza to, że elektrony mają mniejszą energię kinetyczną. Należy tu zaznaczyć, że nasz pierwszy pomiar obarczony jest błędem grubym, ponieważ znacznie odbiega od oczekiwanego wyniku, gdyż powinien on być największy, a tymczasem jest on zbliżony do trzeciego pomiaru. Nasze błędy mogą wynikać przede wszystkim ze złego zaokrąglania wyników, niedokładnych odczytów wartości napięcia na woltomierzu bądź też z niedokładnego wyzerowania galwanometru.

Nasze pomiary i obliczenia dla pracy wyjścia elektronu z metalu (W=1,88eV ±0,32eV) pozwalają nam stwierdzić, że metalem, z jakiego wykonana jest fotokatoda jest najprawdopodobniej cez, którego praca wyjścia elektronu wynosi 1,9eV.

---