Цель работы: изучение законов внешнего фотоэффекта.
Приборы и принадлежности: оптическая скамья, фотоэлемент в кожухе, блок питания фотоэлемента, источник света с блоком питания, микроамперметр, вольтметр.
Элементы теории и метод эксперимента:
Фотоэлектрический эффект – это явление взаимодействия фотонов света с электронами вещества. Если электроны, вырываемые из атомов в результате взаимодействия с квантами света, остаются в веществе, то происходит внутренний фотоэффект. При внешнем фотоэффекте электроны в результате взаимодействия с квантами излучения покидают вещество. При этом возникает эмиссия электронов с поверхности этого вещества.
Законы фотоэффекта гласят:
Фототок насыщения пропорционален световому потоку.
Максимальная скорость фотоэлектронов определяется длиной волны света и не зависит от его интенсивности.
Для каждого вещества существует минимальная частота света, при которой ещё возможен внешний фотоэффект, т.е. существует красная граница фотоэффекта.
При столкновении фотона с электроном фотокатода энергия фотона полностью передаётся электрону и фотон прекращает своё существование. Закон сохранения энергии этого процесса отражён в уравнении Эйнштейна:
Как обычно, электрон получает кинетическую энергию при столкновении только с одним фотоном. Многофотонные процессы возможны, но при слабых интенсивностях света маловероятны.
Фотоэффект изучают с помощью вакуумных фотоэлементов, спектральная чувствительность которых находится в видимой части спектра. Фотоэлемент состоит из стеклянной вакуумной колбы, на внутреннюю поверхность которой нанесён тонкий слой металла. Анод в виде металлического кольца впаян в баллон и помещён в его центре.
При облучении фотокатода возникает эмиссия фотоэлектронов, которые в отсутствие внешнего электрического поля собираются вблизи катода, образуя облако пространственного заряда фотоэлектронов. При этом часть фотоэлектронов, испускаемых катодом, возвращается обратно. Другая же часть, обладающая большими скоростями, проходит на анод. Создавая электрическое поле между катодом и анодом, имеющим положительный потенциал по отношению к катоду, можно влиять на электронное облако. Под действием электрического поля фотоэлектроны увлекают к аноду и электрический ток возрастает. Величина этого тока зависит от количества испускаемых электронов и от приложенной разности потенциалов между катодом и анодом.
При увеличении напряжения всё большее число электронов, вылетающих с катода в единицу времени, попадает на анод и фототок растёт. При U>Uнас все фотоэлектроны попадают на анод и рость тока прекращается. Наступает режим насыщения. Величина фототока насыщения зависит от падающего на фотоэлемент светового потока. Изменять световой поток можно путём изменения расстояния между точечным источником света и фотоэлементом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
