LABOLATORIUM Z FIZYKI I				Ćwiczenie nr:36
								Data:
Wydział: WIP	Grupa: A-21	Zespół: 6	Punktacja:		Przygotowanie:
Nazwisko i imię: Michał Bauer
Temat ćwiczenia: Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego
										Sprawozdanie:
										Suma punktów:
Prowadzący:

1.Podstawy fizyczne.

Efekt fotoelektryczny zewnętrzny jest jednym ze sposobów w jaki fala świetlna oddziaływuje na inna materie jaka fala elektromagnetyczna. Efekt ten polega na wybijaniu przez fotony światła elektronów z zewnętrznych powłok elektronowych atomów budujących wierzchnią warstwę metalu. Przy wykonywaniu pomiarów będziemy posługiwali się fotokomórka, złożoną z bańki szklanej z dwiema elektrodami. Jedna z elektrod jest to cienka warstewka metalu, a druga elektroda nazywana tez anoda lub elektroda zbierającą ma kształt pierścienia z drutu. Przy przyłożeniu do anody potencjału dodatniego nie obserwuje się przepływu prądu, ale jeśli fotokatoda zostanie oświetlona światłem o dostatecznie dużej częstotliwości prąd zacznie płynąć. Zwiększając potencjał obserwujemy liniowe wzrastanie wartości prądu, aż do wartości nasycenia przy której natężenia prądu już nie wzrasta.

Inaczej wygląda to gdy do anody przyłożone zostanie napięcie ujemne- wartość prądu spada wraz ze zwiększaniem napięcia. Napięcie takie nazywa się napięciem hamującym i przy określonej wartości napięcia natężenia prądu spada do zera.

2. Schemat układu użytego przy pomiarach.

Układ pomiarowy składa się z fotokomórki, monochromatora (lub filtrów interferencyjnych), źródła światła, potencjometru pozwalającego zmieniać napięcie zasilacza jak i jego polaryzację, oraz woltomierza i amperomierza. Monochromator lub filtr interferencyjny pozwala oświetlać fotokomórkę światłem o znanej długości λ.

Przyrządy stosowane podczas pomiarów:

-multimetr elektroniczny U722A o zakresie 1 nA(pomiar prądu płynącego przez fotokomórkę)

-woltomierz cyfrowy 10Vdc.(pomiar napięcia między elektrodą a anodą)

-zasilacz wielonapięciowy

3.Wyniki

a)pomiar napięcia hamowania w zależności od częstotliwości fali oświetlającej fotokatodę

Długość fali [nm]	Długość fali [m]	Pomiar napięcia hamowania Vh[V]			Wartość średnia napięcia hamowania Vh [V]	Częstotliwość [Hz]
620	0,00000062	-0,337	-0,333	-0,341	-0,337	4,83536E+14
610	0,00000061	-0, 338	-0,34	-0,34	-0,339	4,91463E+14
600	0,0000006	-0,355	-0,355	-0,36	-0,356666667	4,99654E+14
590	0,00000059	-0,381	-0,367	-0,368	-0,372	5,08123E+14
580	0,00000058	-0,403	-0,403	-0,395	-0,400333333	5,16884E+14
570	0,00000057	-0,42	-0,42	-0,425	-0,421666667	5,25952E+14
560	0,00000056	-0,463	-0,465	-0,465	-0,464333333	5,35344E+14
550	0,00000055	-0,509	-0,511	-0,514	-0,511333333	5,45077E+14
540	0,00000054	-0,56	-0,555	-0,56	-0,558333333	5,55171E+14
530	0,00000053	-0,593	-0,598	-0,598	-0,596333333	5,65646E+14
520	0,00000052	-0,642	-0,644	-0,642	-0,642666667	5,76524E+14
510	0,00000051	-0,691	-0,69	-0,693	-0,691333333	5,87828E+14

Częstotliwość wyliczana była z zależność : ν=c/λ , gdzie c=299792458 m/s

b) charakterystyka napięciowo prądowa dla fal o długości 420 nm i 640 nm

420nm		640 nm
U[V]	I[nA]	U[V]	I [nA]
-1,177	0	-0,384	0
-1,077	0,05	-0,284	0,04
-0,977	0,1	-0,184	0,08
-0,877	0,2	-0,084	0,1
-0,777	0,28	0	0,12
-0,677	0,38	0,2	0,18
-0,577	0,48	0,4	0,24
-0,477	0,58	0,6	0,29
-0,377	0,68	0,8	0,34
-0,277	0,79	1	0,4
-0,177	0,9	1,2	0,44
-0,077	1	1,4	0,49
0	1,2	1,6	0,54
0,2	1,4	1,8	0,58
0,4	1,7	2	0,6
0,6	1,95	2,5	0,68
0,8	2,2	3	0,73
1	2,4	3,5	0,78
1,2	2,7	4	0,8
1,4	3	4,5	0,82
1,6	3,2	5	0,84
1,8	3,4	5,5	0,85
2	3,8	6	0,86
2,5	4,4	7	0,88
3	5	8	0,9
3,5	5,6	9	0,905
4	6	10	0,92
4,5	6,5	11	0,93
5	6,7	12	0,94
5,5	7	13	0,95
6	7,5	14	0,96
6,5	7,8	15	0,96
7	8
7,5	8,2
8	8,5
8,5	8,7
9	9
9,5	9,2
10	9,6
11	10
12	10

Rysunek 1.Wykres zależności napięcia hamowania od częstotliwości fali

4.Obliczenia

Przy obliczeniach korzystamy ze wzoru :

Einstein potwierdził liniową zależność między potencjałem hamowania V_h a częstotliwości światła oświetlającego fotokatodę co potwierdza wyżej podany wzór oraz wykres zależności napięcia hamowania przedstawiony poniżej

Prosta y=ax+b gdzie y= V_h, x=ν, a=h\e, b=W\e pozwala przy znajomości ładunku elementarnego wyznaczyć ze współczynników a i b wartości stałej Plancka oraz pracy wyjścia.

W wykresu przedstawiającego zależność napięcia hamowania od częstotliwości fali sporządzonego na podstawie naszych pomiarów odczytujemy wartości współczynników a i b.

a= -3,5836*10^-15±1,7542*10^-16

b=1,4343±0,09361

e=1,60217733*10^-19[C]

a=h\e=> h=a*e

h=-3,5836*10^-15*1,60217733*10^-19=-5,744156268*10^-34[Js]

Δh=∂h/∂a*Δa

Δh=e*Δa =1,60217733*10^-19*1,7542*10^-16=1,863271472*10^-35

b=-W\e=>W=-b*e

W=-1,4343*1,60217733*10^-19=-2,298002944*10^-19[J]

ΔW=∂W/∂b*Δb=e*Δb=1,60217733*10^-19*0,09361=0,149979819*10^-19[J]

Wyniki końcowe:

h=-5,744156268*10^-34±1,863271472*10^-35 [Js]

W=-2,298002944*10^-19±0,149979819*10^-19 [J]

5.Wnioski

Doświadczenia wykazało, że zwiększając częstość światła padającego na elektrodę zwiększa się właśnie energia kinetyczna elektronów. Faktycznie jest ona proporcjonalna do częstotliwości owego światła. Światło fioletowe o większej częstotliwości nadaje elektronom znacznie większe prędkości od światła czerwonego(o mniejszej częstotliwości). Zauważyliśmy również, że istnieje pewna granica częstotliwości, poniżej której z elektrody nie są emitowane w ogóle elektrony. Częstotliwość tą nazwano częstotliwością progową. Jej wartość zależy od rodzaju pierwiastku, z którego zrobiona jest elektroda. Jednak sama zależność wzrostu energii kinetycznej od częstotliwości światła jest dla wszystkich pierwiastków taka sama. Dla częstotliwości mniejszych od częstotliwości progowej efekt fotoelektryczny nie występuje, niezależnie od tego jak silne jest natężenie światła. Z drugiej strony zauważyliśmy, że zwiększając natężenie padającego światła, nie zwiększamy prędkości wybitych elektronów.

---