Изучение законов внешнего фотоэффекта. Гладких Ю.П. - 1 стр.

                                                                                                                      1
доц.Гладких Ю.П.
      ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4-7(Н):ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА.


Студент группы                                                                                          .


Допуск                                 Выполнение                                       Защита                    .


     Цель работы: Исследование вольт-амперных характеристик вакуумного фотоэлемента, зависимости фототока
насыщения от энергетической освещенности фотокатода; определение работы выхода, красной границы фотоэффекта
и постоянной Планка.
     Приборы и принадлежности: вакуумный фотоэлемент, галогеновая лампа, набор светофильтров, электронный
блок приборов (включает микроамперметр, вольтметр, источник питания).


         ОСНОВНЫЕ ТЕОРИРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
     Внешний фотоэффект – это испускание электронов (фотоэлектронов) с поверхности тела под действием света.
Фотоэлектроны при движении во внешнем электрическом поле создают фототок. Зависимость этого фототока от на-
пряжения на фотоэлементе нелинейна. Фототок увеличивается при увеличении напряжения лишь до определенного
предельного значения Jн (фототока насыщения). Фотоэффект устанавливает непосредственную связь электрических
явлений с оптическими.
     Опытным путем установлены следующие законы внешнего фотоэффекта:
     1. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из фото-
катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения Jн пропорциональна
световому потоку Ф
                                                     J H ≈ jФ
(1)
     где j – интегральная чувствительность фотоэлемента (характерная константа для разных фотоэлементов)
     2. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит
от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.
     3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота ν 0 света (зависящая
от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.
     Кроме того была установлена безинерционность фотоэффекта: испускание электронов с поверхности фотокато-
дов начинается сразу после падения на нее света при ν ≥ ν0.
     Явление фотоэффекта и его закономерности объясняются на основе предложенной Эйнштейном квантовой тео-
рии фотоэффекта.
     Согласно этой теории свет частоты ν не только испускается, как это предполагал Планк, но и распространяется в
пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых ε0 = hν.
     Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.
     По Эйнштейну, каждый фотон падающего светового потока взаимодействует только с одним электроном фото-
катода. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть пропорционально интенсивности света (1 закон фо-
тоэффекта).
     Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из вещества и на сообще-
ние вылетающему фотоэлектрону кинетической энергии (уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта)
                                                 mV 2
                                        hν = A +                                                            (2)
                                                  2
     Из уравнения (1) следует, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона линейно возрастает с увеличе-
нием частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности, так как ни А, ни ν от интенсивности света не
зависит (2 закон фотоэффекта). Так как с уменьшением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов уменьша-
ется (для данного фотокатода А=const), то при некоторой достаточно малой частоте ν=ν0 кинетическая энергия фото-
электронов станет равной нулю и фотоэффект прекратится (3 закон фотоэффекта).
     Согласно изложенному из (1) получим, что
                                                 A
                                          V0 =                                                              (3)
                                                 h
      которая и характеризует красную границу фотоэффекта для данного вещества.
      Электроны, которые вылетают из фотокатода имеют (см. уравнение 1) некоторую кинетическую энергию.