Результаты работы и их анализ.
Кафедра физики и общетехнических дисциплин
Отчет о лабораторной работе по курсу общая физика
ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА
СТОЛЕТОВА И ПРОВЕРКА ФОРМУЛЫ ЭЙНШТЕЙНА
Выполнила:
Проверил:
Ханты-Мансийск
ВВЕДЕНИЕ
Целью работы является изучение основных законов внешнего фотоэффекта на основе измерения световой и вольтамперной характеристик вакуумного фотоэлемента.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Внешний фотоэффект используется в приборах, которые называются фотоэлементами (ФЭ). В данной работе используется вакуумный фотоэле мент типа СЦВ-4.
|
Фотоэлемент состоит из стеклянного баллона 1 (рис.1.1), фотокатода 2 в виде тонкого сурьмяно-цезиевого сплава на внутренней поверхности баллона, металлического анода 3 и внешних выводов 4.
Кроме фотоэлемента экспериментальный макет (рис1.2) включает в себя источник постоянного напряжения E, потенциометр R1 для регулировки напряжения, подаваемого на фотоэлемент, и переключатель K для смены полярности напряжения и приборы для измерения фототока и напряжения на фотоэлементе. Органы регулировки напряжения, подаваемого на фотоэлемент, переключатель полярности этого напряжения выведены на лицевую панель экспериментального макета.
|
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Экспериментальное значение постоянной Планка
h = a×e, (2.1)
где e - заряд электрона;
a - угловой коэффициент линейного графика
a=Δ Uз /Δnв,, (2.2)
; (2.3)
где UЗ - запирающее напряжение фотоэлемента;
n - частота света.
Экспериментальное значение работы выхода материала фотокатода
A = -b×e (в Дж); (2.3а)
A = -b (в эВ); (2.3б)
Для расчета погрешностей
σ (1/r2) = , (2.4)
где σ (r)=0,1 см.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ.
Задание 1.
Значения фототока I при различных напряжениях U и расстояниях r от источника света до фотоэлемента приведены в таблицах 3.1. - 3.4.
Таблица 3.1.
Вольтамперная характеристика фотоэлемента №1
r = 1 см, 1/r2 = 1 см -2 | |||||||
U, В | |||||||
I, мкА |
Таблица 3.2.
Вольтамперная характеристика фотоэлемента №2
r = 2 см, 1/r2 = 0,250 см -2 | |||||||
U, В | |||||||
I, мкА |
Таблица 3.3.
Вольтамперная характеристика фотоэлемента №3
r = 3,5 см, 1/r2 = 0,080 см -2 | |||||||
U, В | |||||||
I, мкА |
Таблица 3.4.
Вольтамперная характеристика фотоэлемента №4
r = 4,8 см, 1/r2 = 0,0434 см -2 | |||||||
U, В | |||||||
I, мкА |
Расчеты
Для расчета погрешностей используем формулу 2.4
σ (1/r21) = = 0,2см2
σ (1/r22)=0,059 см2
σ (1/r23)=0,025 см2
σ (1/r24)=0,013 см2
Рисунок 3.5 График зависимости значения фототока I от различных напряжений U и расстояний r от источника света до фотоэлемента
Задание 2.
Значения напряжения запирания Uз при использовании различных светофильтров приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6.
Результаты измерения запирающих напряжений
Светофильтр | Синий | Желтый | Зеленый | Красный |
lгр , нм | ||||
nв, с-1 | 0,625*1015 | 0,500*1015 | 0,555*1015 | 0,484*1015 |
Uз, В | 0,95 | 0,46 | 0,68 | 0,39 |
Рисунок 3.7 График зависимости напряжения запирания Uз при использовании различных светофильтров
σсист (U3)= 0,01 В
По формуле 2.2 найдём угловой коэффициент
a=0,95В-0,46В/(0,625с-1-0,500с-1)*1015= 3,92*10-15 В/с-1
Отсюда рассчитаем экспериментальное значение постоянной Планка по формуле 2.1:
h=3,92*10-15*1,6*10-19=6,272*10-34Дж*с
Рассчитываем экспериментальное значение работы выхода из формулы 2.3а:
b= UЗ - av; b= 0,95 - 2,58 = - 1,5 В
A = -b×e; A=2,4 Дж = 1,5 эВ.
4. ВЫВОД
Выполнив измерения световой и вольтамперной характеристик вакуумного фотоэлемента на практике, мы изучили основные законы внешнего фотоэффекта. Рассчитав экспериментальные значения постоянной Планка и работы выхода материала фотокатода, убедились в правдивости уравнения Эйнштейна.
h=6,272*10-34Дж*с
A=2,4 Дж = 1,5 эВ.