Основные положения. Необходимо знать, что фотоэффектом называется испускание электронов под действием света

Необходимо знать, что фотоэффектом называется испускание электронов под действием света. Фотоэффект изучался А.Г.Столетовым и другими на установках, принципиальное устройство которых изображено на рис 1. Свет, проникающий через окошко Ф, освещает катод К, изготовленный из исследуемого материала. Электроны, испущенные в процессе фотоэффекта перемещаются под действием электрического поля к аноду А. В результате в цепи протекает фототок, измеряемый гальванометр Г.

Полученная на таком приборе вольт-амперная характеристика (т.е. кривая зависимости фототока I от напряжения между электродами) приведена на рис 2. Характеристика снимается при неизменном потоке света Ф. Из этой кривой следует, что при некотором не очень большом напряжении фототок достигает насыщения - все электроны, испущенные катодом, попадают на анод. Следовательно, сила тока насыщения I_n определяется количеством электронов в единицу времени под действием света. Пологий ход кривой указывает на то, что электроны вылетают из катода с различными по величине скоростями. Доля электронов обладает скоростями, достаточными для того, чтобы долететь до анода «самостоятельно» при U=0

Для обращения силы тока в нуль нужно приложить задерживающее напряжение U₃. При таком напряжении ни одному из электронов, даже обладающих при вылете из катода наибольшими скоростями V_m, не удается преодолеть задерживающее поле и достигнуть анода. Из этого следует уравнение

(1)

где m - масса электрона. Таким образом, измерив задерживающее напряжение U₃, можно определить значение скорости наиболее быстрых фотоэлектронов.

Необходимо знать, что свойства внешнего фотоэффекта объясняются уравнением А.Эйнштейна

(2)

где h- постоянная Планка,W- частота фотона, А - работа выхода электрона из исследуемого материала.

С учетом (I) формулу (2) можно записать в виде HW=hv=A+eU₃ (3)

Из формулы (3) следует, что U₃ зависит от частоты света, падающего на фотоэлемент. Поэтому, если измерить зависимость задерживающей разности потенциалов U₃ зависит от частоты V

U₃=f(v)

то из графика этой зависимости можно определить постоянную Планка и работу выхода электрона.

Действительно, уравнение (3) можно представить в виде уравнения прямой. (рис.3).Величина равна тангенсу угла наклона этой прямой, а - отрезку на оси , отсекаемому прямой. В данной работе для изучения внешнего фотоэффекта используется установка, принципиальная схема которой представлена на рис.4. Здесь ИС – источник света, БФ – блок светофильтров, ФЭ – фотоэлемент, -

многопредельный микроамперметр о внешним шунтом, - вольтметр для измерения напряжений в диапазоне 0...100 В, - вольтметр для измерения напряжений в диапазоне 0…1В, БП - блок питания, ПК -переключатель напряжения: I - прямое, 2 - обратное напряжение.

Рис 4