TOMASZ MIERZWA 01.04.96
ADAM REDZISZ
GRUPA 29
SPRAWOZDANIE Z ćw.C 2/13
Badanie efektu fotoelektrycznego zewnętrznego . Falowe własności mikrocząstek , sprawdzenie hipotezy De Broglie'a.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z własnościami efektu fotoelektrycznego zewnętrznego oraz wyznaczanie stałej Plancka.Badanie falowych własności mikro cząstek ma na celu doświadczalne sprawdzenie poprawności hipotezy De Broglie'a.
TEORIA
EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY
Jest to emisja elektronów z niektórych metali w wyniku oddziaływania światła o danej długości fali na ten metal. Najprostszym sposobem badania tego zjawiska jest wykorzystanie fotokomórki. Fotokomórkę stanowi szklana bańka, wewnątrz której jest umieszczona pętla z drutu. Jedną z elektrod fotokomórki jest cienka warstwa metalu-fotokatoda, natomiast anodą jest owa pętla. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest poniżej.
Oświetlenie fotokomórki powoduje emisję fotoelektronów a tym samym przepływ prądu.Jeżeli padające na fotokomórkę światło potraktujemy jako strumień cząstek, z którego każda ma energię to zjawisko fotoelektryczne możemy wytłumaczyć jako zderzenie fotonu (któremu, gdy się porusza można przypisać masę) z elektronem „uwięzionym” w metalu. Jeżeli energia fotonu jest wystarczająca do pokonania sił, jakimi elektron jest związany z metalem, istnieje prawdopodobnie wyrwanie elektronu z powierzchni metalu. Energia kinetyczna elektronu jest równa energii fotonu pomniejszonej o pracę(wyjścia) potrzebną na wyrwanie elektronu z metalu.Proces ten opisuje równanie Einsteina-Millikana.
TEORIA DE BROGLIE'A
De Broglie wyszedł z następującego rozumowania : jeżeli promieniowanie elektromagnetyczne (światło) wykazywało cechy zarówno fali i korpuskuły, czyli ma naturę dualną, to czy cząstki materialne nie powinny mieć również natury dualnej, czyli wykazywać takich cech falowych. Jeżeli fotonowi można przypisać masę i pęd, to czemu elektronowi nie przypisać długości fali?
Fale odpowiadające cząstkom nazywa się falami materii. W celu sprawdzenia tej hipotezy dokonamy rozproszenia wiązki elektronów na krysztale. Kryształ można traktować jako zbiór równoległych płaszczyzn atomowych to proces powstawania fali odbitej będzie efektem nakładania się fal odbitych od poszczególnych płaszczyzn atomowych. Fale te w zależności od różnicy dróg optycznych dadzą wzmocnienie lub osłabienie fali obserwowanej. Wzmocnienie promieni interferujących otrzymamy gdy
(Prawo Bragga)
d-odległość między płaszcz. atom.
α-kąt odbłysku
nλ-wielokrotność długości fali padającej
W doświadczeniu uzyskaliśmy na luminoforze okręgi o różnych średnicach D dając obraz interferencyjny, który dowodzi falowego charakteru cząstek rozproszonych na krysztale.
WYNIKI DOŚWIADCZALNE
Efekt fotoelektryczny.
Wyznaczanie napięcia hamowania
λ[nm] |
ν[Hz] |
U[mV] |
I[nA] |
λ[nm] |
ν[Hz] |
V[mV] |
I[nA] |
508 |
5.9 1014 |
-130 ± 2.25 |
3.3 ± 0.1 |
572 |
5.32 1014 |
100± 2.25 |
0,87 ± 0.03 |
508 |
5.9 1014 |
-160 ± 7.5 |
3 ± 0.03 |
572 |
5.32 1014 |
200 ± 2.25 |
1,05 ± 0.03 |
508 |
5.9 1014 |
-210 ± 7.5 |
2.5 ± 0.03 |
572 |
5.32 1014 |
300 ± 7.5 |
1,36 ± 0.03 |
508 |
5.9 1014 |
-240 ± 7.5 |
2 ± 0.03 |
572 |
5.32 1014 |
400 ± 7.5 |
1,71 ± 0.03 |
508 |
5.9 1014 |
-300 ± 7.5 |
1.5 ± 0.03 |
572 |
5.32 1014 |
500 ± 7.5 |
2,12 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-340 ± 7.5 |
1 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
600 ± 7.5 |
2,59 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-345 ± 7.5 |
0.9 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
700 ± 7.5 |
2,85 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-359 ± 7.5 |
0.8 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
800 ± 7.5 |
3,25 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-378 ± 7.5 |
0.6 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
900 ± 7.5 |
3,75 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-395 ± 7.5 |
0.5 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
1000 ± 7.5 |
4,2 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-420 ± 7.5 |
0.4 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
1100 ± 7.5 |
4,55 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-445 ± 7.5 |
0.3 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
1200 ± 7.5 |
5,0 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-490 ± 7.5 |
0.2 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
1300± 22.5 |
5,49 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-540 ± 2.25 |
0.1 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
1400 ± 22.5 |
5,8 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-700 ± 2.25 |
0 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
1500 ± 22.5 |
6,2 ± 0.01 |
508 |
5.9 1014 |
-666 ± 2.25 |
0 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
|
|
508 |
5.9 1014 |
-700 ± 2.25 |
0 ± 0.01 |
572 |
5.32 1014 |
|
|
λ[nm] |
ν[Hz] |
U[mV] |
I[nA] |
λ[nm] |
ν[Hz] |
V[mV] |
I[nA] |
657 |
4.56 1014 |
0 ± 1.5 |
0.03 ± 0.01 |
630 |
4.82 1014 |
0 ± 1.5 |
0.36 ± 0.01 |
657 |
4.56 1014 |
-129 ± 7.5 |
0.015 ± 0.01 |
630 |
4.82 1014 |
-50 ± 7.5 |
0.2 ± 0.01 |
657 |
4.56 1014 |
-132 ± 7.5 |
0.01 ± 0.01 |
630 |
4.82 1014 |
-100 ± 7.5 |
0.1 ± 0.01 |
657 |
4.56 1014 |
-170 ± 7.5 |
0 ± 0.01 |
630 |
4.82 1014 |
-150 ± 7.5 |
0.02 ± 0.01 |
657 |
4.56 1014 |
-200 ± 7.5 |
0 ± 0.01 |
630 |
4.82 1014 |
-200 ± 7.5 |
0 ± 0.01 |
657 |
4.56 1014 |
-210 ± 7.5 |
0 ± 0.01 |
|
|
|
|
657 |
4.56 1014 |
|
|
|
|
|
|
λ[nm] |
ν[Hz] |
U[mV] |
I[nA] |
599 |
5.089 1014 |
0 ± 1.5 |
0,43 ± 0.03 |
599 |
5.089 1014 |
-50 ± 2.25 |
0,33 ± 0.03 |
599 |
5.089 1014 |
-100 ± 7.5 |
0,24 ± 0.03 |
599 |
5.089 1014 |
-150 ± 7.5 |
0,17 ± 0.03 |
599 |
5.089 1014 |
-200 ± 7.5 |
0,09 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-2250 ± 7.5 |
0.05 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-300 ± 7.5 |
0,005 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-259 ± 7.5 |
0.6 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-278 ± 7.5 |
0.5 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-300 ± 7.5 |
0.4 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-320 ± 7.5 |
0.3 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-350 ± 7.5 |
0.2 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-390 ± 7.5 |
0.1 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-500 ± 22.5 |
0 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-490 ± 22.5 |
0 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-490 ± 22.5 |
0 ± 0.01 |
599 |
5.089 1014 |
-493 ± 22.5 |
0 ± 0.01 |
Wykres zależności hamowania Vh od częstotliwości światła padającego
Dane do Ch-styki prądowo napięciowej
λ=508 [nm] |
λ=622 [nm] |
||
U [mV] |
I [nA] |
U [mV] |
I [nA] |
-680 ± 22.5 |
0 ± 0.01 |
-320 ± 7.5 |
0 ± 0.01 |
-600 ± 22.5 |
0.06 ± 0.01 |
-200 ± 7.5 |
0.1 ± 0.01 |
-500 ± 7.5 |
0.2 ± 0.01 |
-100 ± 7.5 |
0.2 ± 0.01 |
-400 ± 7.5 |
0.58 ± 0.03 |
0 ± 7.5 |
0.36 ± 0.01 |
-300 ± 7.5 |
1.6 ± 0.03 |
200 ± 7.5 |
0.56 ± 0.01 |
-200 ± 7.5 |
2.5 ± 0.03 |
400 ± 7.5 |
0.74 ± 0.01 |
-100 ± 7.5 |
3.9 ± 0.1 |
600 ± 22.5 |
0.8 ± 0.01 |
0 ± 7.5 |
4.6 ± 0.1 |
800 ± 22.5 |
0.86 ± 0.01 |
200 ± 7.5 |
8 ± 0.1 |
1000 ± 22.5 |
0.9 ± 0.01 |
400 ± 7.5 |
9 ± 0.1 |
1500 ± 22.5 |
0.96 ± 0.01 |
600 ± 22.5 |
11 ± 0.1 |
||
800 ± 22.5 |
12 ± 0.1 |
||
1000 ± 22.5 |
12.5 ± 0.1 |
||
1500 ± 22.5 |
15 ± 0.1 |
||
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Obliczamy stałą Plancka oraz pracę wyjścia metodą najmniejszych kwadratów
Skorzystaliśmy z programu komputerowego dostępnego w laboratorium fizycznym i sporządziliśmy wykres zależności Vh (hamowania) od częstotliwości światła. Uzyskaliśmy następujące dane.
tgα = a = 3.68510-15 ± 5.873 10-16
b = -1.449 ± 0.303 [V]
(Przy wpisywaniu danych do programu komputerowego nie uwzględniliśmy znaku (-) dotyczącego potencjału hamowania , ale to nie wpływa na końcowy wynik)
Ch-styka prądowo-napięciowa dla dwóch różnych długości
HIPOTEZA De BROGLIE'A
Dane doświadczalne
U [ kV ] |
|
D1 [ mm ] |
D2 [ mm ] |
D2 teo. [ mm ] |
D1 teo. [ mm ] |
2.8 |
1.889 |
30 ± 1 |
55 ± 1 |
57.94 |
28.97 |
3.2 |
1.768 |
25 ± 1 |
55 ± 1 |
54.12 |
27.1 |
3.4 |
1.715 |
25 ± 1 |
50 ± 1 |
52.58 |
26.29 |
3.6 |
1.667 |
20 ± 1 |
45 ± 1 |
51.1 |
25.55 |
4 |
1.581 |
22.5 ± 1 |
42.5 ± 1 |
48.48 |
24.24 |
4.5 |
1.491 |
20 ± 1 |
40 ± 1 |
45.79 |
22.86 |
5 |
1.414 |
22.5 ± 1 |
37.5 ± 1 |
43.36 |
21.68 |
5.5 |
1.348 |
20 ± 1 |
35 ± 1 |
41.34 |
20.67 |
6.5 |
1.24 |
17.25 ± 1 |
32.5 ± 1 |
38.03 |
19.015 |
7 |
1.195 |
15 ± 1 |
32.5 ± 1 |
36.65 |
18.325 |
Wykres zależności średnicy pierścienia D1 od
Wykres zależności średnicy pierścienia D2 od
Sprawdzenie wyników dla D2 i napięcia przysp. 7 [kV]
Błąd procentowy wynosi 11.32%
Obliczamy współczynniki nachylenia prostej D w funkcji metodą najmniejszych kwadratów. W tym przypadku również skorzystaliśmy z komputera.
D1 D2
a = 1647.898 ± 310.642 a = 3601.148 ± 307.773
b = - 3.501 ± 4.804 b = -12.626 ± 4.76
wiedząc że
odległość między płaszczyznami atomowymi dla pierścieni D1 i D2
WNIOSKI
Podczas badania zjawiska fotoelektrycznego stwierdziliśmy zależności prądu fotoelektronów od napięcia. Prąd wzrastał od pewnej wartości Vh (napięcie hamowania ) prawie liniowo aż do osiągnięcia nasycenia. Światło posiada cechy falowe i korpuskularne, co oznacza że w pewnych przypadkach można je rozpatrywać jako falę, a w innych jako cząstkę posiadający masę i pęd. Dzięki tym założeniom i stwierdzeniu że energia max nie zależy od natężenia światła, natomiast zależy od energii pojedynczego fotonu. Udało nam się (oczywiście w pewnym , obarczonym błędami, stopniu ) udowodnić wzór Einsteina-Milikana [ EKmax=hν-W ] a co za tym idzie obliczyliśmy stałą Plancka oraz pracę wyjścia dla badanego. Wielkości doświadczalne nie są idealnymi gdyż są obarczone błędami spowodowanymi głównie niedokładnością pomiarów. Udało nam się również potwierdzić liniową zależność średnicy okręgów interferencyjnych od . Średnica D jest odwrotnie proporcjonalna (napięcia przyspieszającego elektrony ). Chociaż średnie wyliczone przez nas teoretycznie różni się w pewnym stopniu od tych uzyskanych doświadczalnie, to doświadczenie możemy uznać za satysfakcjonujące. Szczególnie dla pierścienia D2 które są obarczone mniejszym błędem niż D1. Duży wpływ na powodzenie przeprowadzonego doświadczenia miała dokładność odczytu wartości D z luminoforu i to ona wprowadzała największe błędy. Zaobserwowaliśmy również trudności z dokładnym ustawieniem napięcia przyspieszającego, co również miało swój udział w błędach i niedokładnościach pomiarów. Obserwowane zależności między parametrami doświadczalnymi generalnie zgadzały się z prognozami teoretycznymi
2
V
A
B
P
U
I
FK
światło
λ=508[nm]
λ=622 [nm]
I [nA]
U[mV]102
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
LABC2C13, 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
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