Ćwiczenie W2

Pomiar stałej Plancka z wykorzystaniem zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego

Celem naszego ćwiczenia było wyznaczenie stałej Plancka z wykorzystaniu zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego.

Zjawisko fotoelektryczne to zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), po naświetleniu jej promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu. Emitowane w ten sposób elektrony nazywa się czasem fotoelektronami. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości.

Odkrycie i wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego przyczyniło się do rozwoju korpuskularno-falowej teorii materii, w której obiektom mikroświata przypisywane są jednocześnie własności falowe i materialne (korpuskularne). Wyjaśnienie i matematyczny opis efektu fotoelektrycznego zawdzięczamy Albertowi Einsteinowi, który wykorzystał hipotezę kwantów wysuniętą w 1905 roku przez Maxa Plancka.

Obliczenia i wykresy:

Kolor prążka	Długość fali λ [nm]	Napięcie U [V]	Częstotliwość v [Hz]
UV	365	1,616	8,21
UV	405	1,381	7,40
fioletowy	436	1,271	6,88
zielony	546	0,833	5,49
żółtopomarańczowy	579	0,823	5,18

Częstotliwość obliczona ze wzoru: v=

Częstotliwość dla poszczególnych długości fal:

v=

= 8,21
[
]= 8,21
[Hz]

v=

= 7,40
[
]= 7,40
[Hz]

v=

= 6,88
[
]= 6,88
[Hz]

v=

= 5,49
[
]= 8,21
[Hz]

v=

= 5,18
[
]= 8,21
[Hz]

Wykres zależności napięcia od częstotliwości U(v)

W tym przypadku współczynniki a,
wyglądają następująco:

a =

=

Na podstawie współczynnika a możemy obliczyć h:

A więc ostatecznie stała h jest równa:

Wnioski:

• 
  Stała Plancka wynosi:
  . W wyniku doświadczenia, wyznaczone przez nas wartości tej stałej wynoszą:

• Niedokładność wyznaczonej stałej Plancka może się wiązać z niedokładnym wycelowaniem wiązki światła w fotokomórkę. „Czułość” fotokomórki jest bardzo duża, co w połączeniu z niedokładnościami w wykonywaniu doświadczenia miało wpływ na tak dużą rozbieżność wyników.

• Wpływ na wyniki mogło też mieć zbyt małe zaciemnienie pomieszczenia w którym wykonywany był pomiar. Do fotokomórki docierało światło z innych źródeł.

• Stała Plancka jest bardzo małą wielkością rzędu 10^-34 więc uzyskane wyniki muszą być bardzo dokładne, aby otrzymać właściwą wartość.

Napięcie [V[

Częstotliwość [10¹⁴ Hz]

---