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.

Рис.1.1 Схематическое изображение фотоэлемента

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.

 

 

	Рис.1.2 Схема экспериментальной установки

 

 

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

 

Экспериментальное значение постоянной Планка

h = a × e, (2.1)

где e - заряд электрона;

a - угловой коэффициент линейного графика

a=Δ U_з /Δn_в,, (2.2)

; (2.3)

где U_З - 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 U_з 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 U_з при использовании различных светофильтров

σ_сист (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= U_З - 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.