Nr ćwiczenia 220	Data 7 V 2003	Imię i Nazwisko Tomasz Przymusiak	Wydział BL-TOB	Semestr 2	Nr grupy lab. 3
Prowadzący Aneta Waszkowiak			Przygotowanie	Wykonanie	Ocena

1.Opis doświadczenia. Wstęp teoretyczny.

W ciałach stałych, będących przewodnikami, elektrony walencyjne nie są związane z macierzystymi atomami - poruszają się one swobodnie w sieci krystalicznej, tworząc tzw. gaz elektronowy. Atomy znajdujące się na powierzchni kryształu mają sąsiadów tylko od strony wnętrza i dlatego energia potencjalna w pobliżu tych atomów jest inna niż w głębi kryształu. Energia potencjalna na powierzchni jest większa, więc powierzchnia stanowi barierę dla elektronów, dzięki której nie mogą one opuścić kryształu . Obrazowo można powiedzieć, że elektrony są uwięzione w „pudle” potencjału - mogą się swobodnie poruszać w jego wnętrzu, lecz nie mogą przejść ściany.

Opuszczenie metalu przez elektron jest możliwe, jeśli uzyska on na to dodatkową energie o wartości przynajmniej eU₀ zwaną pracą wyjścia. Źródłem tej energii może być:

• podwyższona temperatura - zachodzi wtedy zjawisko termoemisji

• silne pole elektryczne - emisja polowa

• bombardowanie cząstkami o dostatecznie dużej energii kinetycznej oraz

• oświetlenie kryształu - zjawisko fotoelektryczne

Wybicie elektronu z metalu przez fotonu następuje tylko wtedy gdy energia fotonu jest hν razy większa od pracy wyjścia W. Przemiany energii w zjawisku fotoelektrycznym opisuje równanie Einsteina:

gdzie: h - stała Plancka równa 6,62E-34 J/s, ν - częstotliwość fali świetlnej, W - praca wyjścia, m - masa elektronu, V - jego prędkość poza metalem.

Zjawiskiem fotoelektrycznym rządzą następujące prawa:

• fotoelektrony pojawiają się natychmiast po naświetleniu metalu (po czasie ≅10^-9s)

• prąd fotoelektryczny, czyli ilość emitowanych w jednostce czasu elektronów, jest proporcjonalna do oświetlenia

• energia fotoelektronów nie zależy od oświetlenia - jest ona proporcjonalna do częstotliwości drgań fali świetlnej

Powyższe prawa mogą być wyjaśnione tylko na gruncie teorii korpuskularnej (kwantowej) światła.

]

2. Zasada pomiaru.

Fotokomórka jest oświetlona światłem żarówki przechodzącym przez odpowiedni filtr. Regulowane napięcie podajemy na fotokomórkę z zasilacza prądu stałego. Prąd mierzymy za pomocą mikroamperomierza. Wielkość bocznika dobieramy tak aby przy napięciu 100V wychyleni mikroamperomierza wynosiło około ¾ całej skali. W celu wyznaczenia napięcia hamowania V_h należy zmienić znak napięcia i powoli zwiększając napięcie, notować wskazania mikroamperomierza. Napięcie hamowania będzie równe najmniejszemu napięciu zewnętrznemu, przy którym prąd w obwodzie ma wartość zerową. Postępując w ten sposób dla kilku długości fal otrzymujemy dane do wykresu V_h=f(ν).

3. Przebieg ćwiczenia.

1. Połączyć obwód

2. Nastawić filtr, przy którym fotoprąd jest względnie duży.

3. Wykonać pomiary fotoprądu w zależności od napięcia w zakresie od 20V do -2V dla uzyskania charakterystyki prądowo0napięciowej fotokomórki.

4. Zmieniając polaryzację fotokomórki zmierzyć prąd dla kilku napięć oraz wyznaczyć dokładnie napięcie hamowania. Wykonać te pomiary dla wszystkich filtrów.

5. Sporządzić wykres zależności fotoprądu od napięcia dla dodatnich i ujemnych napięć na anodzie. Skala prądu i napięcia ujemnego powinna być bardziej rozciągnięta niż dla napięcia dodatniego.

6. Sporządzić wykres zależności potencjału hamowania od częstotliwości.

7. Wyznaczyć z wykresu stała Plancka i pracę wyjścia, stosując regresje liniową.

1

---