Элементы квантовой оптики и физики твердого тела. Головин Ю.М - 9 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 2
ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА
Цель работы: получение вольтамперных и световых характеристик вакуумного фотоэлемента.
Приборы и принадлежности: установка, позволяющая перемещать источник света относительно фотоэлемента; ис-
точник тока; микроамперметр; вольтметр.
Общие сведения
Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Это явление впервые
было обнаружено Г. Герцем в 1887 году и детально исследовано в 1888 году А.Г. Столетовым, который установил основ-
ные законы фотоэффекта:
1)
максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности;
2)
фототок насыщения пропорционален световому потоку;
3)
для каждого металла существует минимальная частота
0
ν
– красная граница фотоэффекта, при которой еще воз-
можен внешний фотоэффект; при
0
ν<ν фотоэффект отсутствует.
В 1905 году Эйнштейном было показано, что все закономерности фотоэффекта легко объясняются на основе гипоте-
зы о световых квантах, в соответствии с которой монохроматическое излучение рассматривается как поток особых час-
тиц – фотонов. Энергия фотона ε
ф
связана с частотой излучения ν соотношением ε
ф
=
νh
, где h – постоянная Планка. При
поглощении фотона металлом его энергия передается целиком одному из свободных электронов. Часть энергии
,νh
ко-
торую получает электрон от фотона, затрачивается на то, чтобы он мог покинуть вещество. Эта величина, называемая
работой выхода электрона
A
, является индивидуальной характеристикой для каждого металла. Остальная часть энергии
фотона идет на сообщение электрону кинетической энергии.
Если пренебречь потерями энергии в результате неупругих столкновений электрона с атомами вещества, то должно
выполняться соотношение, называемое формулой Эйнштейна (закон сохранения энергии)
,
2
2
mV
Ah +=ν
(2.1)
где V – максимальная скорость фотоэлектрона, вырванного с поверхности металла.
Из формулы (2.1) следует, что минимальная частота
0
ν
(красная граница фотоэффекта), при которой для данного
металла еще возможен фотоэффект, определяется из условия:
Α
=
ν
0
/h.
Приборы, действие которых основано на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Различают вакуумные
и газонаполненные фотоэлементы. Схема, поясняющая действие вакуумного фотоэлемента, приведена на рис. 2.1.
Свет от источника S попадает на поверхность катода фотоэлемента. Испущенные фотоэлектроны ускоряются элек-
трическим полем и достигают анода. В результате в цепи возникает постоянный фототок, который может быть измерен
микроамперметром.
Зависимость фототока
I
от напряжения U между катодом и анодом (вольт-амперная характеристика) представлена
на рис. 2.2.
При некотором напряжении фототок достигает насыщения (горизонтальный участок характеристики). Это означает,
что все электроны, испущенные катодом, попадают на анод. При
U = 0 фототок не исчезает, так как электроны покида-
ют катод со скоростью, отличной от нуля. Для того чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить напряже-
Рис. 2.1

Страницы