Изучение основных законов фотоэффекта, страница 4

Рисунок 1.3 – Зависимость задерживающего потенциала от частоты излучения

          По тангенсу угла наклона прямой на графике можно определить коэффициент  в равенстве (1.10). По точке пересечения прямой с осью ординат () определяется коэффициент А_в/е. Таким образом, анализируя экспериментально полученную зависимость задерживающего потенциала от частоты излучения, можно найти постоянную Планка  и работу выхода электрона из исследуемого материала (катод).

          Излучение вольт-амперных характеристик фотоэлектрического тока позволило обнаружить следующие закономерности:

1.  Сила фототока насыщения прямопропорциональна падающему световому потоку, или иначе: число фотоэлектронов, вылетающих в единицу времени с единицы поверхности при неизменной длине волны излучения пропорционально интенсивности излучения.

2.  Скорость электронов (задерживающий потенциал) при фотоэффекте является функцией частоты падающего света. С увеличением частоты света скорость электронов возрастает.

3.  Интенсивность излучения на скорость фотоэлектронов и их энергию не влияет.

К числу основных характеристик фотоэлементов относятся вольт-амперная, спектральная и световая. Вид вольт-амперной характеристики приведен на рисунке 1.2. Спектральная характеристика фотоэлемента показывает, как чувствительность фотоэлемента зависит от длины волны излучения при постоянной величине светового потока и постоянном приложенном напряжении. Световая характеристика выражает зависимость фототока от падающего на фотокатод светового потока постоянного спектрального состава при постоянном приложенном напряжении. Световые характеристики фотоэлемента линейны.

2  ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Схема установки для излучения законов фотоэффекта приведена на рисунке 2.1.

Свет от раскаленной вольфрамовой нити лампочки осветителя (Л), пройдя систему линз, через входную щель (1), попадает в монохроматор УМ-2, где разлагается в спектр. Основной частью монохроматора является диспергирующая призма (3). Поворот призмы осуществляется при помощи рычага, поворачивающегося при вращении микрометрического винта (4). К монохроматору прилагается градуировочный график, устанавливающий соответствие между делением шкалы барабана  и длиной волны света, выходящего из щели 1¢ монохроматора. Микрометрические винты (5) позволяют изменять ширину входной и выходной щели в пределах от 0 до 4 мм. При этом пропорционально возрастает площадь щели.

Свет, выходящий из щели 1¢, попадает на фотоэлемент 6. Фотоэлемент выполнен в виде стеклянного баллона, воздух из которого откачен до давления 10^-6 – 10^{-7 мм рт. ст. На одну половину внутренней поверхности баллона, на подкладочный слой магния или серебра нанесен тонкий слой цезия. Образующееся при этом соединение служит катодом.}

Такой катод обладает малой работой выхода, и красная граница для данного фотоэлемента находится в видимой части спектра. В центральной части баллона расположен металлический анод, имеющий форму сферы. Фотоэлемент заключен в светонепроницаемый металлический кожух с отверстием. В нерабочем состоянии отверстие закрыто колпачком (7).

          Из сказанного выше следует, что выделение излучения узкого спектрального диапазона осуществляется поворотом микрометрического винта (4) монохроматора, а освещенность фотоэлемента можно считать изменяющейся пропорционально площади (ширине) входной щели.

          Схема включения фотоэлемента представлена на рисунке 2.1. Источник  питания фотоэлемента заключен в металлический кожух (8) (рисунок 2.1), на лицевой панели которого размещены тумблер (9), замыкающий цепь питания фотоэлемента, рукоятка потенциометра (10) для изменения напряжения на электродах фотоэлемента, а также головка вольтметра (11). Вверху на стойке закреплен гальванометр (12) для измерения фототока.