LABC2C13, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny


Sprawozdanie z ćwiczenia nr C2/C13

Temat : Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego.

Falowe własności mikrocząstek, sprawdzanie hipotezy

De Broglie'a.

Wykonali :

Chrzanowski Marek

Koryl Tomasz

Zespół nr : 8

Wydział : Elektryczny

Ocena z przygotowania :

Poniedziałek 815 - 1100

Ocena ze sprawozdania :

Data : 27.02.1995 r.

Zaliczenie :

Prowadzący : Dr J. Hrabowska

Podpis :

1. Cel ćwiczenia :

Zadaniem ćwiczenia jest zapoznanie z podstawowymi własnościami efektu

fotoelektrycznego zewnętrznego oraz wyznaczanie stałej Plancka, niezwykle ważnej

wielkości w fizyce kwantowej. Ponadto sprawdzenie poprawności hipotezy

De Broglie'a.

2. Podstawy fizyczne :

Efekt fotoelektryczny zewnętrzny jest jednym ze sposobów oddziaływania fali

elektromagnetycznej , a więc i światła z baterią. Zjawisko to polega na wybijaniu

elektronów z powierzchni metalu przez padającą wiązkę światła o odpowiedniej częstości.

Jeden z prostszych sposobów badania zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego opiera się

na wykorzystaniu fotokomórki czyli próżniowej bańki szklanej z dwoma elektrodami.

Jedną z elektrod jest cienka warstwa metalu zwana fotokatodą natomiast druga elektroda

zwana elektrodą zbierającą lub anodą może mieć kształt cienkiego pierścienia z drutu.

Fale elektromagnetyczne, chociaż wykazują własności charakterystyczne dla ruchu

falowego (dyfrakcja, interferencja itp.), w oddziaływaniu z elektronem zachowują się jak

strumień cząstek (fotonów), których energia jest równa hf (h - stała Plancka, f - częstość

fali świetlnej) a pęd wynosi :

(c - prędkość światła, * - długość fali). Nie można więc twierdzić, że natura ich jest falowa

lub, że jest korpuskularna a jedynie, że wykazują one cechy zarówno falowe jak

i korpuskularne. Ten sposób ich zachowania określa się często jako dualizm

korpuskularno-falowy.

W 1924 roku Louis de Broglie przedstawił hipotezę, zgodnie z którą, każdej cząstce można

przypisać falę o długości :

gdzie p jest pędem cząstki. U podstaw hipotezy De Broglie'a tkwi założenie, że dualizm

korpuskularno-falowy jest podstawową własnością całej materii, a więc zarówno fotonów

jak i cząstek korpuskularnych (tzn. o masie spoczynkowej różnej od zera).

Do sprawdzenia hipotezy De Broglie'a użyto odpowiednio przygotowanej lampy

oscyloskopowej, w której na drodze wiązki elektronowej umieszczono cienką folię

aluminiową. Jej grubość wynosi ~50 nm. Tak cienka folia jest przeźroczysta dla

elektronów o energiach powyżej 8keV. Emitowane przez katodę lampy oscyloskopowej

elektrony, nim padną na folię aluminiową są przyspieszane do energii kinetycznej Ek = eU

przez przyłożone napięcie U, które można regulować.

3. Tabele :

3.1. Badanie zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego

* [nm]

f [Hz]

Vh [V]

I [nA]

Fiolet (449)

6,68151 * 1014

-0,51

-0,475

-0,5

0

0

0

Zieleń (572)

5,24475 * 1014

-0,28

-0,3

-0,31

0

0

0

Pomarańcz (590)

5,08474 * 1014

-0,3

-0,27

-0,29

0

0

0

Czerwień (630)

4,76190 * 1014

-0,345

-0,3

-0,295

0

0

0

Podczerwień (768)

3,90625 * 1014

-0,31

-0,2

-0,23

0

0

0

* [nm]

U [V]

I [nA]

Fiolet (449)

-0,5 (Vh)

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,09

0,0

0,01

0,02

0,04

0,06

0,09

0,18

0,27

0,4

0,56

0,76

1,15

1,48

1,7

1,9

1,9

Pomarańcz (590)

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,09

0

0,02

0,05

0,08

0,17

0,28

0,44

0,69

1,15

2,5

2,95

3,1

3,4

3,4

U [kV]

[1/kV]

D1 [mm]

D2 [mm]

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

0,0120

0,0115

0,0112

0,0108

0,1050

0,0103

0,0100

18,5

17,5

17,0

16,0

15,0

14,5

14,0

33,0

31,0

30,0

29,0

28,0

26,5

25,5

4. Opracowanie wyników :

4.1. Efekt fotoelektryczny zewnętrzny

Obliczanie stałej Plancka i pracy wyjścia metodą najmniejszych kwadratów

Prosta y = ax + b

Wprowadzamy oznaczenia : y = Vh , x = f * a = h/e , b = W/e

Przyjmując

wówczas

Wprowadzając oznaczenie :

gdzie : di = yi - (axi + b),

a :

więc :

Szukane równanie prostej :

y = - (42385147000 * 0,000077) * 10-24 x + (22,076 * 12,670)

stąd

gdzie : h - stała Plancka , W - praca wyjścia , e - ładunek elektronu

4.2. Hipoteza De Broglie'a

Sprawdzenie wyników dla średnicy D i napięcia przyspieszającego U = 9,5 kV :

Obliczanie współczynnika nachylenia prostej D w funkcji metodą najmniejszych

kwadratów.

Prosta y = ax + b

Wprowadzamy oznaczenia : y = D1 , x =

Przyjmując

wówczas

Wprowadzając oznaczenie : , gdzie :

gdzie : di = yi - (axi + b),

a :

więc :

Szukane równanie prostej :

y = - ( 2,35 * 0,13 )x - ( 0,0095 * 0,0014 )

Wiedząc, że

gdzie : r - odległość ekran-folia , h - stała Plancka , m - masa elektronu , e - ładunek

elektronu , a - współczynnik odchylenia

Obliczanie odległości między płaszczyznami międzyatomowymi :

*d = * 0,1 * 10-9 - 0,13046651 * 10-9 * = 0,03046651 * 10-9

Obliczenia dla pierścienia D2 odległości d :

5. Wnioski :

Według teorii Einsteina należy traktować światło jako strumień cząstecze (fotonów).

Każdy foton posiada energię hf. Przy takim założeniu efekt fotoelektryczny jest

zjawiskiem zderzenia fotonu z elektronem uwięzionym w metalu. Korpuskularna teoria

światła jest w stanie wytłumaczyć wszystkie zasadnicze cechy zjawiska fotoelektrycznego.

Mianowicie nizależność energii maksymalnej fotoelektronu od natężęnia światła wynika z

tego, że zwiększając natężenie zwiększamy tylko liczbę fotonów a nie ich energię,

natomiast energia maksymalna zależy tylko od energii pojedyńczego fotonu. Ponadto

najmniejsza energia fotonu potrzebna do wywołania efektu fotoelektrycznego musi być co

najmniej równa pracy wyjścia, a fotony o mniejszej energii nie są w stanie wybić elektronu

z danego materiału, o czym mogliśmy przekonać się w czasie ćwiczenia.Podczas badania

tego zjawiska sprawdziliśmy zależność fotoprądu od napięcia.Prąd wzrastał od pewnej

wartości napięcia hamowania Vh prawie liniowo, aż do osiągnięcia nasycenia. Podczas

badania zależności Vh od częstości f nie wzięliśmy pod uwagę pojawiania się ujemnego

prądu spowodowanego w głównej mierze efektem fotoelektrycznym od anody,

występowanie tego efektu jest jednym ze źródeł błędu określania potencjału hamowania.

Światło posiada cechy zarówno falowe jak i korpuskularne, a jego natura jest

złożeniem tych cech powodując, że raz zachowuje się jak fala, a w innych jak cząstka

(foton) o energii hf i pedzie p = h / *.

Podobnie dwoistą naturę mają cząstki materialne, o czym mówi hipoteza De Broglie'a,

w myśl której cząstce o pędzie p należy przypisać falę o długości * = h / p. Podczas

ćwiczenia przepuszczaliśmy wiązkę elektronów przez folię aluminiową o budowie

polikrystalicznej po czym obserwowaliśmy na ekranie lampy oscyloskopowej okręgi

o różnych średnicach. Powstały na ekranie układ pierścieni daje się wyjaśnić, jeżeli

przyjmiemy, że z elektronem związana jest fala, która oddziaływuje z folią.

Srednica okręgu interferencyjnego D pochodzącego od tego samego zespołu płaszczyzn

ultra atomowych powinna być odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego

napięcia przyspieszającego elektrony zgodnie z hipotezą De Broglie'a. Podczas ćwiczenia

wykazaliśmy tą oczekiwaną liniową zależność. Wyniki uzyskane podczas obliczania

średnic okręgów interferencyjnych różnią się nieznacznie od prawidłowo przez nas

oczekiwanych (zgodnych ze wzorem ), a wynika to z błędów pomiarowych

i niedokładności samych pomiarów.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
fizykacw36, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny
LABORA~3, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny
SPRAC213, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny
fotoelektryczny, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny
gfdhg, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny
XXX, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 36-Efekt fotoelektryczny zewnętrzny
34, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 34-Wyznaczanie podatności magnetycznej paramagnetyków i
C 4, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 31-Ruch elektronu w polu magnetycznym i elektrycznym. W
krzych1, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 52-Badanie promieniowania rentgenowskiego
15-2, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 29-Optyczna analiza widmowa
31, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 25-Interferencja światła, pierścienie Newtona i interfer
ĆWICZENIE 501, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 50-Charakterystyka licznika Geigera-Mullera i
Ćwiczenie 1, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 50-Charakterystyka licznika Geigera-Mullera i b
LABORATORIUM FIZYKI cw1, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 50-Charakterystyka licznika Geigera

więcej podobnych podstron