Работа 10. определение работы

ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНА

Цель работы:

Экспериментальное определение работы выхода электрона из материала катода вакуумного элемента.

Методика выполнения работы

Схема установки, на которой выполняется работа, описана в работе 9.

По определению, энергия, излучаемая нитью накала с единицы площади поверхности за 1 с в интервале длин волн от λ до λ +∆λ. Равна:

dE = E_λTdλ = A_λT·ε_λT∙dλ. (10.1)

Очевидно, величина dE, деленная на энергию фотона hν, дает число фотонов, испускаемых нитью с единицы площади поверхности за 1 с с частотой ν. Тогда для величины фототока получаем следующее выражение:

(10.2)

где В – коэффициент пропорциональности, учитывающий лучепоглощательную способность нити, геометрию установки и т.д..

Так как в опыте hν kT, то для лучеиспускательной способности ε_λT справедлива формула

(10.3)

Подставляя ее в (10.2) получим

(10.4)

Здесь: - постоянная, - работа выхода электрона из фотокатода. Прологарифмировав (10.4), получим:

(10.5)

Как видим, величина линейно зависит от .

Отметим измерения для одной температуры накала нити индексом 1, а для другой – индексом 2 и получим на основании равенства (10.5) следующую рабочую формулу для определения работы выхода:

(10.6)

Величина фототока измеряется непосредственно микроамперметром. Температура накала нити находится по формуле:

(10.7)

где U_н и I_н – показания вольтметра и амперметра в цепи лампы накаливания, С₁ и С₂ – константы, значения которых указаны на установке.

Порядок выполнения работы

1. Установить фотоэлемент на расстояние ℓ от лампы накаливания, указанное преподавателем.

2. Включить постоянное напряжение U_ф и установить с помощью потенциометра определенное значение напряжения U_ф.

3. С помощью реостата R_л подать на лампу наименьшее из напряжений U_н, указанных преподавателем. Записать это напряжение и соответствующее значение силы тока I_н.

4. Ключом К включить лампу накаливания и записать показания микроамперметра I_ф.

5. Установить другое напряжение U_н и повторить измерения согласно п.п.3,4.

6. По формуле (10.7) вычислить температуру накала нити для обоих значений U_н.

7. По формуле (10.6) вычислить работу выхода и выразить ее в электронвольтах.

8. Полученные результаты занести в таблицу.

Таблица 10.1

Номер опыта	Uн, В	Iн, А	Iф, А	Т, К			Lg	А, эВ

9. Оценить погрешности измерений, используя формулы:

∆А = А·δА, (10.8)

где .

Контрольные вопросы

1. Что называется тепловым излучением?

2. Сформулируйте определения основных характеристик теплового излучения ( , , , )

3. Какое явление называется внешним фотоэффектом?

4. Сформулируйте экспериментальные законы внешнего фотоэффекта.

5. Объясните устройство и принцип действия вакуумного фотоэлемента.

6. Что такое сила света источника и световой поток? В каких единицах они измеряются?

7. Что такое работа выхода электрона?

8. Что такое красная граница фотоэффекта?

9. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.