SPRAWDOZDANIE Z LABORATRIUM FIZYKI 1 NR 4 Z DNIA 4.11.1998 PT.:”BANDANIE ZJAWISKA FOTOELETRYCZNEGO ZEWNĘTRZNEGO”

(36)

Fotoelektryczne zjawiska, to zjawiska zachodzące w ciałach pod wpływem światła; zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne przejawia się w zwiększeniu przewodnictwa elektrycznego półprzewodnika lub dielektryka (fotoprzewodnictwo) albo w powstaniu siły elektromotorycznej, np. na złączu dwóch półprzewodników lub przewodnika z metalem (zjawisko fotowoltaiczne); zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, zwane też emisją fotoelektronową lub fotoemisją, polega na emisji elektronów przez ciała poddane działaniu światła. Obserwowaliśmy jedynie te ostatnie przy użyciu lampy, zestawu szczelin dyfrakcyjnych służących do ustalani długości fali (w następstwie tego koloru), oraz fotokomórki podłączonej do poniższego układu:

Światło padając na fotokomórkę powoduje emisję elektronów z fotokatody, co jest widoczne na nanoamperomierzu.

W fotokomórce znajdują się fotokatoda i anoda , z czego fotokatoda emituje elektrony.

Po przyłożeniu do anody potencjału dodatniego i oświetleniu fotokatody , obserwujemy przepływ prądu. Zwiększając dodatni potencjał anody obserwujemy początkowo liniowy wzrost prądu do momentu gdy napięcie osiąga stan nasycenia , wtedy natężenie prądu nie ulega zmianie.

Pokazują to wykresy zależności napięcia od prądu dla dwóch różnych natężeń światła.

λ=542 nm - zielony

U [V]	0	-0,10	-0,20	-0,30	-0,40	-0,50	-0,55	-0,60
I [nA]	0,260	0,210	0,180	0,130	0,095	0,045	0,025	0,000

λ=475 nm - niebieski

U [V]	0	-0.10	-0,20	-0,30	-0,40	-0,50
I [nA]	0,440	0,370	0,320	0,280	0,230	0,185
U [V]	-0,60	-0,75	-0,85	-0,90	-0,95	-0,97
I [nA]	0,135	0,070	0,040	0,020	0,005	0,000

λ=420 nm - fioletowy

U [V]	0	-0.10	-0,20	-0,30	-0,40	-0,50
I [nA]	0,205	0,190	0,170	0,150	0,130	0,110
U [V]	-0,60	-0,70	-0,80	-0,90	-0,95	-1,00
I [nA]	0,090	0,075	0,055	0,040	0,035	0,025
U [V]	-1,05	-1,10	-1,15	-1,20	-1,23
I [nA]	0,020	0,015	0,010	0,005	0,000

Jak widać na wykresach przyłożony potencjał ujemny powoduje w pewnym momencie zanik prądu. Potencjał ten nazywany jest potencjałem hamowania i oznaczany Vh .

Wybity z metalu elektron część energii zużywa na pracę wyjścia, a reszta zamienia się w energię kinetyczną. Natomiast maksymalna energia kinetyczna Emax jest równa pracy pola elektrycznego potrzebnej do całkowitego zahamowania elektronu w fotokomórce., a więc:

Emax = eVh e - ładunek elektryczny

Einstein zaproponował fotonową teorię zjawiska fotoelktrycznego, w której światło emitowane jest w postaci cząstek zwanych fotonami , z czego każdy posiada energię hν, gdzie h- stała Plancka , ν- częstotliwość.

Można napisać zasadę zachowania energii.

hν = W + Emax W- praca wyjścia.

o podstawieniu do ostatniej równości Emax = eVh otrzymujemy po odpowiednich przekształceniach zależność potencjału hamowania od częstotliwości.

h = h/e ⋅ ν - W/e

Po wyznaczeniu kilkunastu charakterystycznych punktów otrzymujemy wykres:

λ	ν	Vh
410	7,3	1,3
420	7,14	1,23
430	6,93	1,19
440	6,81	1,14
450	6,67	1,11
460	6,52	1,02
470	6,38	1
480	6,25	0,94
490	6,12	0,89
500	6	0,84
520	5,76	0,74
540	5,55	0,65
560	5,35	0,57
580	5,16	0,48
600	5	0,43

Program komputerowy w którym aproksymowaliśmy prostą wyznaczył współczynnik kierunkowy oraz błąd.

Współczynnik kierunkowy wynosi h/e=0,4145E-14 , znając natomiast ładunek elektryczny e = 1,6261E-19 można łatwo obliczyć stałą Plancka

h = 0,415E-14 ⋅ 1,6261E-19

h = 6,6484E-34 [Js].

Błąd natomiast jest równy:

Δh=Δa⋅e

Δh=0,0169E-14 ⋅ 1,6021E-19

Δh= 0,2717E-34 [Js]

więc ostatecznie:

h = (6,6484 ± 0,2717)E-34 [Js]

Natomiast wartość tablicowa stałej Plancka wynosi:

h=6,6260755E-34 [Js]

Wniosek:

Pomiary zostały wykonane z odpowiednią dokładnością na co wskazuje stała Plancka wyznaczona z odpowiednim przybliżeniem .

---