Файл: физика лабораторные работы. 1курс.doc

Представим ситуацию, когда реализуется сценарий в). При этом происходит внешний фотоэффект. Проведем эксперимент: будем уменьшать частоту света, освещающего наше вещество. При этом будет уменьшаться соответственно и энергия фотонов, падающих на вещество, соответственно уменьшается и приобретаемая электроном энергия. При этом у электрона, который должен совершать всегда одну и ту же работу выхода А_вых =const, будет уменьшаться кинетическая энергия, т.е., ее изменение будет отрицательным Е_к<0. Если продолжить уменьшение частоты света, освещающего вещество, то кинетическая энергия электронов будет продолжать уменьшаться и наконец, когда мы достигнем такой минимальной частоты света =_min , когда энергии фотона хватит электрону только лишь на совершение работы выхода, то реализуется сценарий б), при этом кинетическая энергия электрона будет равна нулю Е_к=mv²/2=0 и уравнение Эйнштейна примет вид: h_min = A_вых.

Если продолжить уменьшать частоту света, т.е. <_min, то энергии, приносимой фотоном электрону не будет хватать даже на совершение работы выхода из вещества и фотоэффект наблюдаться не будет.

Минимальная частота света =_min , при которой еще наблюдается фотоэффект (т.е., при которой электрону хватает энергии на совершение работы выхода), называется красной границей фотоэффекта. Почему красной границей? Известно, что скорость света - с , длина волны -  ( греч. – «лямбда») и частота -  (греч. «ню») связаны между собой соотношением с=. Выразим отсюда длину волны:  = с/. Т.к. длина волны и частота обратно пропорциональны, то минимальной частоте света соответствует максимальная длина волны света, т.е., _max = с/_min. Но максимальную длину волны в видимом спектре имеет красный свет, т.е., _кр.св=_max. Поэтому: минимальная частота или максимальная длина волны, при которой еще возможен фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта.

Приборы, в которых фотоэффект используется для превращения энергии излучения в электрическую энергию, называются фотоэлементами. Фотоэлементы бывают: вакуумные, газонаполненные, с запирающим слоем (вентильные).

В данной работе явление фотоэффекта изучается на промышленном фотоэлементе, представляющем (Рис.20.1): 1-стеклянный баллон, 2-фотокатод в виде тонкого слоя металла, напыленного на одну из сторон баллона, 3-металлический анод в виде кольца.

Рис.20.2

При освещении фотокатода из него вырываются электроны. Если между катодом и анодом приложить некоторую разность потенциалов, то электроны, перемещаясь под действием электрического поля от катода к аноду, создают электрический ток. Схема включения фотоэлемента показана на рис.20.2.

Важнейшими характеристиками фотоэлемента являются световая, вольтамперная и спектральная, которые изучаются в данной работе.

Световой характеристикой называется зависимость фототока (при заданном напряжении на электродах фотоэлемента) от светового потока, т.е., i=i(Ф) или i=kФ ,

где i - фототок в цепи фотоэлемента, k - интегральная чувствительность фотоэлемента, Ф - световой поток, равный Ф=ЕS . Величина S - площадь фотокатода, а Е - освещенность фотокатода, которая рассчитывается по формуле: Е=I/r² , где I - сила света. Тогда световой поток: . (20.4)

Единицы измерения фотометрических величин: светового потока [Ф]=лм (люмен), освещенности [Е]=лк (люкс), силы света [I ]=кд (кандела).

Интегральной чувствительностью k - называется величина фототока, появляющегося при освещении фотокатода белым светом при световом потоке 1 лм. Она измеряется в мкА/лм. Например, газонаполненные фотоэлементы отличаются большей чувствительностью, чем вакуумные. Это объясняется тем, что электрон, вылетевший из фотокатода и двигающийся под влиянием поля, на своем пути производит ионизацию атомов газа. Благодаря этому увеличивается число заряженных частиц, а, следовательно, и фототок.

Вольтамперной характеристикой называется зависимость тока от напряжения на электродах фотоэлемента при постоянном световом потоке: i=i(U), при Ф=const.

Интенсивность фотоэффекта зависит, как было показано выше, от длины волны падающего света. При одной и той же мощности излучения сила тока насыщения i_н получается различная для разных длин волн . Зависимость чувствительности фотоэлемента от длины волны падающего света называется спектральной характеристикой. На кривой зависимости k=k() наблюдаются резкие максимумы.

Порядок выполнения работы Задание №1. Снятие световой характеристики фотоэлемента

Включить источник света (напряжение на лампе 220 В).
Установить постоянное напряжение на фотоэлементе (U=30 В).
Измерить величину фототока i при различных расстояниях r от источника света до фотоэлемента (r = 20, 25, 30, 35 см).
По формуле (20.4) рассчитать значения светового потока Ф, падающего на фотокатод, при различных r. Величину освещаемой поверхности фотокатода принять равной S=810^-4 м². Сила источника света I=20 кд.
Данные измерений и вычислений занести в таблицу 1.