Проучването на фотоефекта
фотоефект
Има три вида на фотоелектричния ефект:
Външен фотоефект нарича изхвърляне на електрони от вещество под действието на електромагнитно излъчване. Външно фотоелектричния ефект се наблюдава най-вече в проводниците.Valve фотоелектричния ефект е появата на фото-едн. когато са осветени контакт на два различни полупроводници или на полупроводници и метален без присъствието на външно електрическо поле.
Още през 1887 г., Genrih Gerts открили, че ако осветяване отрицателен електрод празнина искра с ултравиолетова светлина, освобождаването се извършва при по-ниско напрежение.
Това явление, както показва опитът на български физик А. Г. Stoletova на (1888-1890 година) се дължи на изхвърлянето на предизвикани от светлина отрицателни заряди от отвода за катод.
Фигура 1 е диаграма Stoletova експерименти. Плосък кондензатор електроди един от които е мед окото Cu а. и като второ - цинк плоча Zn. Тя е възможна благодарение на галванометъра G в кръга на батерията.
Когато осветен от отрицателно зареден плоча на Zn светлинен източник S генерира електрически ток във веригата, наречен фототока. Мощност фототока пропорционална на светлина Zn плоча. Осветление положително зареден електрод на Cu не води до фототок. Това е доказано експериментално, че лек метал става отрицателно заредени частици. Измерване на специфичен заряд на частиците на тяхната деформация в магнитно поле показва, че електроните (д / m = 11 октомври 1759 K / кг).
Фигура 2. Това е схематична диаграма, с което да се изследва външната фотоефект. Той използва вакуум фотоклетка. който е евакуиран стъкло, например, сферична цилиндър, центърът на който се намира анода под формата на пръстени или плочи. Част от вътрешната повърхност на цилиндъра е покрита с тънък метален слой, който служи като катод. Светещата светлината се нарича катод фотокатодна.
Между анода и катода на снимка източник на ток създава електрично поле. От електрическата верига отворена, при липса на светлина електрически ток през клетката не излиза.
При осветяване светлина разкъсва катод от него електрони, които под въздействието на електрическо поле сили да се движат към анода. Веригата се появява електрически ток се нарича фототок. Силата на фототока се измерва от галванометър G. напрежение между фотокатода и Anodom - волтметър V.
Електрон - отрицателно зареден частиците. Ето защо, ако тялото ще бъде освободен от неутралните няколко електрони, таксата за тяло става положителна. Изпускани електроните се държат около този орган, са привлечени към нея и бутане помежду си, някои от електроните ще се върне обратно към веществото. Над повърхността на тялото, създаден от електрон облака. Цялата система (облака и плаката) ще бъде електрически неутрален, но плаката се зарежда положителен заряд облак и - отрицателна.
Чрез промяна на напрежението на потенциометър R. сили са зависими фототока I на заявената напрежение U на - напрежение характеристика.
волт-амперна характеристика
Фиг. 3 показва волт-амперна характеристика на външната фотоелектричния ефект.
Когато U = 0 между катода и анода електрическо поле не е налице, но силата на фототока все още не е нула.
Това е така, защото електроните са извадени светлина от катода, имат определена начална скорост V (а оттам и кинетична енергия), така че част от тях може да достигне до анода и, при липса на електрическо поле.
Ако увеличим напрежението между катода и анода (дават отрицателна потенциал на катода и анода - положителен), ще се увеличи тока. Това се дължи на факта, че сега на електроните, които, когато U = 0 не достигат анода под действие на електрическо поле привлечени към анода.
Графиката показва, че при определена стойност U = Un фототока мощност достига максималната си стойност, насищане ток получи заглавното Ir. Допълнително увеличение на напрежението не причинява текущата растеж. Това означава, че всички електрони са извадени светлина от катода достигне анода. Ако за единица време на светлината разкъсва фотокатодния п електрони, токът насищане ще бъде равна на
къде е - заряд на електрона.
Ако променим полярността на електродите, т.е. прилага положителен потенциал към катода и анода - отрицателен, електрическото поле ще пречат на движението на електроните от катода към анода.
Като се работи силата на тока поле (AE = ЕС) кинетичната енергия на движещите се електрони ще намалее.
Ако началната кинетичната енергия на електрона е по-голяма тоалетна работа на електрическото поле (WC> AE), електроните ще достигнат до анода, веригата ще отидат ток. WkeU Когато електроните достигат анода, и сегашните спирки.
Най-ниското напрежение. при която фототока се прекратява,
nazyvaetsyazaderzhivayuschim и определен UZ
където с - скоростта на светлината във вакуум (с = 10 март 8 m / сек).
Трудностите на класическата физика
Ако светлината - е електромагнитна вълна, според вълновата теория, енергията на фотоелектроните трябва да се увеличи с увеличаване на осветление на фотокатода.
Всъщност, от гледна точка на класическата физика razuvelichenie potokaekvivalentnouvelicheniyu светлинна енергия на. подадена от вълна, а ако функцията работа зависи само от свойствата на материала фотокатодния todolzhna расте и кинетичната енергия на електроните.
Експериментално установения втория закон на фотоефекта казва съвсем различно, което е напълно в противоречие със съществуващите възгледи за природата на светлинните вълни - енергия фотоелектронна променя само чрез промяна на дължината на вълната на светлината. инцидент на фотокатода, и не зависи от това осветление.
Сблъсквайки се с фотоелектричния ефект, класическата физика е да се признае едно на безсилие. Okruzhayuschio свят е много по-сложно, отколкото се смяташе досега. Какво бе необходимо да бъде някой, който може да има различен поглед върху процесите, които протичат в него. Ролята на този "някой" пое Алберт Айнщайн.
Обяснението на фотоелектричния ефект на законите
В законите на фотоефекта се обяснят с Алберт Айнщайн *) въз основа на квантовата теория на светлината. Според тази теория, емисиите и поглъщането на светлина се появява на порции кванти на електромагнитни вълни, наречени фотони. Айнщайн предполага, че светлината не е само звук, включително и абсорбира. но също така се простира под формата на фотони (фотони) от енергията на потока на всеки от които е равна на
където - честотата на светлина; Н = 6,62 10 -34 J S - константата на Планк.
Еф енергия абсорбира фотон се прехвърля изцяло само един електрон.
Част от тази енергия се консумира за изпълнение на електрон работа функция на дадено вещество, а останалата част се отчита като на електрон кинетичната енергия.
Ако електронът не губете енергия в нееластични сблъсъци в метала, неговата кинетична енергия на изхода на метала ще бъде максимална.
Въз основа на закона за запазване на енергията, можем да запишем съотношението, което по-късно е наречен Айнщайн уравнението за фотоелектричния ефект,
Тази формула се използва за изчисляване на константата на Планк.
Описание на работа *
На екрана се вижда от материала на електрон емисии, осветен от светлинните лъчи, електроните са изобразени с малки кръгчета, които се движат. Ако промените честотата на промяна на цвета на падащите лъчи светлина. Моделът на симулация наблюдава динамиката на образуването на електронен облак, например, в отсъствието на потенциална разлика между електродите. Някои от тях, най-бързо пътя електрони поток между облъчени и не-облъчени плочи.
Събитията на екрана могат да бъдат контролирани с дистанционно управление. Например, ако "прилага напрежение към електродите" (т.е., задаване на съответната стойност в модела на компютър), ние виждаме "вид фототока" - преместване точка процес симулира електрон движение от катода към анода. На екрана се вижда процеса на резорбция на електронен облак, се проследи динамиката на прехода към тока на насищане. Така противоречие на броя частици, достигащи анода. Показания за този насрещен са показани.
При извършване на работата, трябва:
За да се конструира волт-амперна характеристика, т.е. зависимостта на тока на напрежението.За да се изследва зависимостта на забавящия напрежение Уз на честотата на светлината (= С /, където -. Дължина на вълната и с - скоростта на светлината). Според тази връзка, за да се определи постоянен Планк.
прогрес
Тази лаборатория е по модел на екрана на компютъра, феномен на фотоемисионна а. По време на експеримента изследва характеристиките на ток-напрежение на соларната клетка, и се определя от постоянна Планк.
1. Въведете стойността на дължината на вълната на падащата светлина.
Дължина на вълната на падащата светлина, можете да зададете броя на входа, предназначени за този прозорец. Препоръчително е да се създаде първата стойност, равна на 400 нанометра.
2. Въведете стойността на напрежението.
Напрежението на анод може да бъде настроена при въвеждането на номера, присвоен към този прозорец. Препоръчително е да се създаде първата стойност, равна на 10 V.
3. Измерете броя на електроните достигат анода за 10 секунди.
Трябва да изчакате известно време, докато има постоянен поток от частици, и след това натиснете бутона "Старт", който задейства хронометърът и брояча на частици, който изключва автоматично след 10 секунди. След включване в съответната област на екрана показва на крайния брой електрони, които междувременно достигна анода. Опитът трябва да се извършва 5 пъти.
4. Извършва експерименти при напрежение от 10 до -2 V.
Препоръчително е да се извършват измервания на интервали от 1 V. Всеки напрежение опит трябва да се извършва 5 пъти.
5. За да се проучи по-подробно района на насищане, а напрежението забавящо.
При приближаване на стойностите на насищане и заключване. измервателни препоръчва да интервали 0,5 V или по-малко. Всеки път, когато изпитвате стрес трябва да се извършва 5 пъти.
6. изчислява средния брой частици във всеки напрежение.
7. Изграждане на волт-амперна характеристика за дадена дължина на вълната.
Необходимо е да се конструира крива на средния брой на електрони, достигащи анода на напрежението. Според графика за намиране на насищане ток, нула напрежение ток за оценка на забавящия напрежение.
8. Намерете забавящи напрежение за 4-5 дължини на вълните.
На дължини на вълните трябва да се вземат в диапазона от 400-600 пМ, със стъпка от 50 пМ. За всяка дължина на вълната, забавянето вземете отрицателно напрежение, без изграждането на ток напрежение характеристика. За това първо се приблизително на напрежението, на което броят на частиците е малък. След това бавно намаляване на отрицателното напрежение, да се постигне това, че частиците вече не достигат до анода. Скорошен опит да прекарат 5 пъти. Резултатите са посочени в таблица.
9. За всяка дължина на вълната, за да се изчисли честотата.
Запишете резултатите в таблицата, получена в сек. 8
10. Парцел забавящия напрежение в зависимост от честотата.
Според получената таблица парцел на зависимостта на волтажа на закъснението с честота. Графиката трябва да е права линия, която трябва да се извърши така, че експерименталните точки са били средно от него чрез най-късото разстояние.
11. За да се определи постоянен Планк
От Айнщайн формула следва, че наклона на сюжета на забавящия напрежение от честотата, равна на отношението на константата на Планк за заряда на електрона. Наклонът може да се намери от графиката като съотношение на краката. Знаейки, таксата за електрон, константата на Планк, изчисли.
Тестовите въпроси
Какво се нарича фотоелектричния ефект?*) Описанието и напредъка, постигнат до TOLSTIKOV AM и Olovyashnikovoy AM