LABOLATORIUM FIZYKI 1 |
ĆWICZENIE NR. 36 |
|||
Wydział: SiMR |
Grupa: 2.1. |
Zespół: 5 |
Data: 28.10.98 |
|
Nazwisko i imię: Arek |
ocena |
Przygotowanie: |
||
Temat ćwiczenia: Badanie zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego. |
|
Zaliczenie: |
||
Ćwiczenie polega na badaniu zjawiska fotoelektrycznego w którym padająca wiązka światła o odpowiedniej częstotliwości wybija elektrony z powierzchni metalu.
Zjawisko takie można zaobserwować budując układ postaci:
W fotokomórce wiązka światła powoduje emisję elektronów , co można zaobserwować na nanoamperomierzu.
W fotokomórce znajdują się fotokatoda i anoda , z czego fotokatoda emituje elektrony.
Po przyłożeniu do anody potencjału dodatniego i oświetleniu fotokatody , obserwujemy przepływ prądu. Zwiększając dodatni potencjał anody obserwujemy początkowo liniowy wzrost prądu do momentu gdy napięcie osiąga stan nasycenia , wtedy natężenie prądu nie ulega zmianie.
Pokazują to wykresy zależności napięcia od prądu dla dwóch różnych natężeń światła.
U |
-1,12 |
-0,5 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
10 |
12 |
I [A] |
0 |
0,14 |
0,28 |
0,58 |
0,91 |
1,21 |
1,45 |
1,65 |
2 |
2,05 |
2,2 |
2,25 |
U |
-1,15 |
-0,5 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
9 |
11 |
12 |
I [A] |
0 |
0,04 |
0,08 |
0,18 |
0,26 |
0,34 |
0,4 |
0,44 |
0,54 |
0,6 |
0,62 |
0,63 |
Jak widać na wykresach przyłożony potencjał ujemny powoduje w pewnym momencie zanik prądu. Potencjał ten nazywany jest potencjałem hamowania i oznaczany Vh .
Wybity z metalu elektron część energii zużywa na pracę wyjścia, a reszta zamienia się w energię kinetyczną. Natomiast maksymalna energia kinetyczna Emax jest równa pracy pola elektrycznego potrzebnej do całkowitego zahamowania elektronu w fotokomórce., a więc:
Emax = eVh e - ładunek elektryczny
Einstein zaproponował fotonową teorię zjawiska fotoelktrycznego, w której światło emitowane jest w postaci cząstek zwanych fotonami , z czego każdy posiada energię hν, gdzie h- stała Plancka , ν- częstotliwość.
Można napisać zasadę zachowania energii.
hν = W + Emax W- praca wyjścia.
Po podstawieniu do ostatniej równości Emax = eVh otrzymujemy po odpowiednich przekształceniach zależność potencjału hamowania od częstotliwości.
Vh = h/e ⋅ ν - W/e
Po wyznaczeniu kilkunastu charakterystycznych punktów otrzymujemy wykres:
λ |
ν |
Vh |
410 |
7,3 |
1,3 |
420 |
7,14 |
1,23 |
430 |
6,93 |
1,19 |
440 |
6,81 |
1,14 |
450 |
6,67 |
1,11 |
460 |
6,52 |
1,02 |
470 |
6,38 |
1 |
480 |
6,25 |
0,94 |
490 |
6,12 |
0,89 |
500 |
6 |
0,84 |
520 |
5,76 |
0,74 |
540 |
5,55 |
0,65 |
560 |
5,35 |
0,57 |
580 |
5,16 |
0,48 |
600 |
5 |
0,43 |
Program komputerowy w którym aproksymowaliśmy prostą wyznaczył współczynnik kierunkowy oraz błąd.
Współczynnik kierunkowy wynosi h/e=0,4145E-14 , znając natomiast ładunek elektryczny e = 1,6261E-19 można łatwo obliczyć stałą Plancka
h = 0,415E-14 ⋅ 1,6261E-19
h = 6,6484E-34 [Js].
Błąd natomiast jest równy:
Δh=Δa⋅e
Δh=0,0169E-14 ⋅ 1,6021E-19
Δh= 0,2717E-34 [Js]
więc ostatecznie:
h = (6,6484 ± 0,2717)E-34 [Js]
Natomiast wartość tablicowa stałej Plancka wynosi:
h=6,6260755E-34 [Js]
Wniosek:
Pomiary zostały wykonane z odpowiednią dokładnością na co wskazuje stała Plancka wyznaczona z odpowiednim przybliżeniem .
2