Изучение законов фотоэлектрических эффектов

Лабораторная работа №7

Изучение законов фотоэлектрических эффектов

Цель работы: изучить законы внешнего и внутреннего фотоэффекта на практике: 1) вольт-амперная характеристика фотоэлемента, определение зависимости фототока насыщения от величины светового потока, определение постоянной Планка и работы выхода фотокатода с использованием селективных светофильтров, определение работы выхода фотокатода с использованием граничных светофильтров;2)изучение фотопроводимости, изучение вентильного фотоэлемента

1.Теория

2. Порядок выполнения работы

Упражнение 1.

3.Ход выполнения работы

Упражнение 1.

1.  1.Собрали установку для изучения внешнего фотоэффекта.

2.  Установили фотоэлемент на расстоянии 15 см от светофильтров

3.  Установили потенциометры, регулировки накала лампы и напряжения в крайние левые положения.

4.  Включили электронный блок прибора, установили тумблер в положение ускоряющего напряжения.

5.  Выбрали светофильтр(= 570 нм).

6.  Далее от 0 В до 20 В мы повышали ускоряющее напряжение, измеряя изменения фототока. Результаты занесли в таблицу 1.

Таблица 1

Таблица 1

7.  Построили график зависимости I=f(U). Вольт-амперная характеристика.

Вывод: Чем больше ускоряющее напряжение, тем больше фототок. Ток насыщения практически достигается уже при U= 18 В, приблизительно I насыщения = 180 мк А.

8.  Повторили измерения при другой освещенности фотоэлемента. Результаты занесли в таблицу 2.

Таблица 2

9.  Повторили измерения для светофильтра с другой длиной волны. Результаты занесли в таблицу 3.

Таблица 3

Упражение 2.

1.  На оптической скамье установили источник света, кассету со светофильтром и фотоэлемент близко друг к другу. Выбрали светофильтр= 525 нм.

2.  Подобрали накал лампы так, чтобы I нас был в пределе от 150 до 200 мкА.

3.  Отодвигали фотоэлемент каждый раз на 1 см, сохраняя при этом ориентацию на источник света. Измеряли фототок. Результаты занесли в таблицу 4.

Таблица 4

4.  Построили график зависимости I нас=F(1/r^2).

Вывод:Чем ближе фотоэлемент к источнику света, тем фототок насыщения больше. Это объясняется тем, что больше электронов долетает до фотоэлемента.

Упражнение 3

1.  На оптической скамье установили источник света, кассету со светофильтром и фотоэлемент близко друг к другу.

2.  Установили потенциометры, регулировки накала лампы и напряжения в крайние левые положения.

3.  Переключили тумблер в режим задерживающего напряжения.

4.  Выбрали светофильтр = 525 нм. Установили максимальный накал лампы.

5.  Увеличивая напряжение на аноде, измеряли фототок до момента его прекращения. Данные занесли в таблицу 5.

Таблица 5

6 . Построили график зависимости I=f(Uз).

7.  Для всех светофильтров определили запирающее напряжение. Результаты занесли в таблицу 6.

Таблица 6.

8. 

Построили график зависимости Uз=F(V).

9.  Вычислили постоянную планка и работу выхода катода.

Заряд электрона e = −1,602176565(35)×10^(−19) Кл

Постоянная Планка hV=A(вых)+e*Uз;- уравнение Эйнштейна;

Так как металл у нас одинаковый, то работа выхода для него постоянная величина. hV1=A(вых)+e*Uз1, hV2=A(вых)+e*Uз2; V1 и V2 нам известны.

h*(V1-V2)=e*(Uз1-Uз2);

h= e*(Uз1-Uз2)/(V1-V2)= e*(Uз1-Uз2)/( c/— c/2);

V=c/;

V1(для )=c/=(3*10^(8))/480*10^(-9)=6.25*10^(14) Гц;

V2(для )= c/=(3*10^(8))/490*10^(-9)=6.12*10^(14) Гц

h=- 1.6* 10^(-19) * (-0.89+0.8)/0.13*10^(14)= {1.6*0.09/0.13}*10^(-33)=1.11 * 10^(-33) Дж*с;

1 эВ= 1.6 * 10^(-19)Дж;

Реальное значение постоянной Планка h= 6,626*10^(-34) Дж*с;

Работа выхода катода A(вых)=hV1-e*Uз1=1.11*10^(-33)*6.25*10^(14)+1.6*10^(-19)*0.89 =8.3*10^(-19) Дж.

Красная граница =h*c/А(вых)=370 нм;

Упражнение 4

1.  На оптической скамье установили источник света, держатель для граничных светофильтров и фотоэлемент

2.  Переключатель тумблера поставили в положение ускоряющего напряжения.

3.  Установили накал лампы так, чтобы светофильтр ЖС-10 имел фототок 150-200 мкА

4.  Установили последовательно все светофильтры и записывали значения фототока. Данные занесли в таблицу 5

Таблица 5

5.  Построили график зависимости I()

6.Красную границу фотоэффекта определить по полученным данным невозможно, т. к. не хватает данных из-за нехватки светофильтров.

Изучение законов внутреннего фотоэффекта

Упражнение 2

1.  Привели комбинированный прибор в режим измерения напряжения и подключили к нему вентильный фотоэлемент

2.  Подали напряжение накала на лампу. Меняли граничные светофильтры. Занесли результаты в таблицу

Таблица 6

3.  Зависимость фотоЭДС от расстояния до источника.

Таблица 7

Вывод: По ходу нашей лабораторной работы мы определили:

1)  Что фототок зависит от ускоряющего напряжения так, что чем больше U(ускоряющее), тем больше фототок[при постоянной освещённости]. Для светофильтра с длиной волны = 570 нм нм мы достигли I(насыщения)= 180 мкА( приблизительно). Для другого светофильтра с = 525 нм измерения были приведены не совсем верно, т. к. при данной степени накала лампы, мы не получили ток насыщения в пределах от 150 до 200 мкА. Очевидно, что для других светофильтров зависимость будет наблюдаться аналогичной.

2)  При постоянном ускоряющем напряжении фототок насыщения зависит только от величины светового потока. При отдалении от источника света уменьшается световой поток, а следовательно и фототок.

3)  Определили красную границу фотоэффекта для пластинки= 370 нм, работу выхода A(вых)= 8.3*10^(-19) Дж и постоянную Планка h=0.11 * 10^(-34) Дж*с. . Сравнивая результат с истинным значение постоянной Планка h= 6.626 * 10^(-34) Дж*с, делаем вывод, что порядок величины совпадает, но не точное значение. В ходе эксперимента были допущение ошибки, повлекшие за собой не точный результат.

4)  Для вентильных фотоэлементов при увеличении расстояния от источника света, фототок уменьшается.