Задерживающая разность потенциалов это

Лабораторная работа № 15

Изучение внешнего фотоэффекта

Теоретические основы эксперимента

Явление освобождения электронов из освещаемой поверхности вещества и переход их в другую среду в частности в вакуум, называется фотоэффектом. Открыл внешний фотоэффект в 1887г. немецкий физик Генрих Герц (г.), а экспериментально систематически исследовал его (1888−90г. г.) русский физик Александр Григорьевич Столетов (1839−96г. г.). Электронная природа фототока была доказана опытами немецкого физика Ф. Ленарда в 1899г.

Методику исследования фотоэффекта, которая стала классической, разработал Столетов. Установка для исследования фотоэффекта, сходная со схемой Столетова, состоит из фотоэлемента, вольтметра, микроамперметра, источника напряжения, реостата и источника света (рис 1).

Рис.1 Схема установки для исследования фотоэффекта

Фотоэлемент представляет собой стеклянный сосуд с двумя электродами (К — катод, А — анод), между которыми создают разность потенциалов от батареи. Разность потенциалов можно регулировать, изменяя положение движка переменного резистора R. В сосуде поддерживается высокий вакуум. Через кварцевое окно сосуда на катод падает пучок света, при этом в электрической цепи возникает ток (фототок), который регистрируется микроамперметром.

Опыты по изучению фотоэффекта состояли в измерении фототока (фототок пропорционален числу испускаемых электронов i

en, где i — величина фототока, e — заряд электрона, n — число электронов) в зависимости от приложенной между анодом и катодом разности потенциалов и изучения зависимости энергий электронов от интенсивности и частоты падающего света. Разность потенциалов измерялась вольтметром.

Перечислим по порядку эксперименты, которые позволили выявить сущность явления фотоэффекта.

1-ый эксперимент: катод фотоэлемента освещался светом постоянной интенсивности и определенной частоты, а испускаемые электроны подвергались действию либо ускоряющего, либо задерживающего электрического поля. Опыт показывает (рис.2), что при нулевой разности потенциалов имеется поток электронов от катода к аноду. Увеличение положительного потенциала на аноде (которое достигается передвижением ползунка реостата вниз), ведет к увеличению фототока, так как возрастает ускоряющая сила, действующая на электроны в электрическом поле. При определенной разности потенциалов между анодом и катодом фототок достигает максимальной величины, называемой током насыщения. Наоборот, задерживающее электрическое поле, когда положительный потенциал больше у катода, чем у анода (при движении ползунка реостата вверх от центра), мешает движению электронов от освещаемой поверхности к аноду. Фототок уменьшается и при некоторой величине разности потенциалов, получившим название задерживающая разность потенциалов, становится равным нулю.

Рис.2 Зависимость фототока от разности потенциалов

Когда между катодом и анодом создается задерживающая разность потенциалов будут задержаны даже электроны обладающие максимальной кинетической энергией, т. е.

eUзад= (1)

(где m — масса электрона, e — заряд электрона), фототок в цепи анода обратится в нуль. Поэтому задерживающая разность потенциалов характеризует максимальную кинетическую энергию, которую может иметь вылетевший под действием света электрон.

Проводя 2-ой эксперимент, будем изменять интенсивность L падающего света, приближая источник света к фотоэлементу и, поддерживая частоту света постоянной.

Рис.3 Кривые фототока для трех значений интенсивности света L при постоянной частоте n света

Опыт показал (рис.3), что сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего света Iнас

Прямая пропорциональность силы фототока насыщения интенсивности света свидетельствует, что число электронов, выбиваемых из катода в единицу времени, пропорционально плотности светового потока или интенсивности света.

Замечательной особенностью результата (рис.3) является то, что задерживающая разность потенциалов остается величиной постоянной независимо от интенсивности света.

Читайте также:  Иконки выключения и перезагрузки

В 3-ем эксперименте изменяли частоту падающего света при неизменной интенсивности. На рис.4 представлены вольтамперные характеристики, полученные для никеля. Кривые относятся к случаям освещения никелевого шарика светом трех различных частот. Для всех трех кривых ток насыщения достигается при одной и той же разности потенциалов U=+0,8 В. Эта величина представляет собой контактную разность потенциалов между никелевым катодом и серебряным анодом. Вычитая эту величину (0,8В) из всех показаний вольтметра, можно получить истинные значения задерживающих потенциалов. Аналогичные кривые были получены для Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Cu, Pt и Ag.

Рис.4 Кривые фототока для трех значений частоты света ν при постоянной интенсивности света L, полученные для никелевого шарика (катода).

4-ый эксперимент (осуществленный американским физиком Робертом Милликеном в 1916г.) заключался в установлении зависимости задерживающей разности потенциалов, а, следовательно, и кинетической энергии вылетающих электронов от частоты падающего света. Проведенные измерения показали (рис.5), что такая зависимость строго линейна

Рис.5 Зависимость задерживающей разности потенциалов Uзад от частоты света ν

С ростом частоты света ν задерживающая разность потенциалов (а значит и максимальная энергия вылетевшего электрона) линейно возрастает. Результаты для разных материалов катода приведены на рис.6.

Рис.6. Зависимость Uзад от ν для трех катодов с различными значениями работы выхода

Из рис.6 видно, что наклон прямых не зависит от вещества катода.

Таким образом, экспериментальные закономерности, выраженные графиками на рис. 3−6, можно сформулировать в виде законов внешнего фотоэффекта:

при фиксированной частоте излучения число электронов, выбитых из катода в единицу времени прямо пропорционально интенсивности света (плотности светового потока энергии) (см. рис.3);

максимальная энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности светового потока (см. рис.4 и (1) и линейно зависит от частоты света, падающего на катод (см. рис.5);

для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света nкр, при которой еще возможен фотоэффект (при n

Лабораторная работа № 15

Изучение внешнего фотоэффекта

Теоретические основы эксперимента

Явление освобождения электронов из освещаемой поверхности вещества и переход их в другую среду в частности в вакуум, называется фотоэффектом. Открыл внешний фотоэффект в 1887г. немецкий физик Генрих Герц (г.), а экспериментально систематически исследовал его (1888−90г. г.) русский физик Александр Григорьевич Столетов (1839−96г. г.). Электронная природа фототока была доказана опытами немецкого физика Ф. Ленарда в 1899г.

Методику исследования фотоэффекта, которая стала классической, разработал Столетов. Установка для исследования фотоэффекта, сходная со схемой Столетова, состоит из фотоэлемента, вольтметра, микроамперметра, источника напряжения, реостата и источника света (рис 1).

Рис.1 Схема установки для исследования фотоэффекта

Фотоэлемент представляет собой стеклянный сосуд с двумя электродами (К — катод, А — анод), между которыми создают разность потенциалов от батареи. Разность потенциалов можно регулировать, изменяя положение движка переменного резистора R. В сосуде поддерживается высокий вакуум. Через кварцевое окно сосуда на катод падает пучок света, при этом в электрической цепи возникает ток (фототок), который регистрируется микроамперметром.

Опыты по изучению фотоэффекта состояли в измерении фототока (фототок пропорционален числу испускаемых электронов i

en, где i — величина фототока, e — заряд электрона, n — число электронов) в зависимости от приложенной между анодом и катодом разности потенциалов и изучения зависимости энергий электронов от интенсивности и частоты падающего света. Разность потенциалов измерялась вольтметром.

Перечислим по порядку эксперименты, которые позволили выявить сущность явления фотоэффекта.

1-ый эксперимент: катод фотоэлемента освещался светом постоянной интенсивности и определенной частоты, а испускаемые электроны подвергались действию либо ускоряющего, либо задерживающего электрического поля. Опыт показывает (рис.2), что при нулевой разности потенциалов имеется поток электронов от катода к аноду. Увеличение положительного потенциала на аноде (которое достигается передвижением ползунка реостата вниз), ведет к увеличению фототока, так как возрастает ускоряющая сила, действующая на электроны в электрическом поле. При определенной разности потенциалов между анодом и катодом фототок достигает максимальной величины, называемой током насыщения. Наоборот, задерживающее электрическое поле, когда положительный потенциал больше у катода, чем у анода (при движении ползунка реостата вверх от центра), мешает движению электронов от освещаемой поверхности к аноду. Фототок уменьшается и при некоторой величине разности потенциалов, получившим название задерживающая разность потенциалов, становится равным нулю.

Читайте также:  Где в паинте волшебная палочка

Рис.2 Зависимость фототока от разности потенциалов

Когда между катодом и анодом создается задерживающая разность потенциалов будут задержаны даже электроны обладающие максимальной кинетической энергией, т. е.

eUзад= (1)

(где m — масса электрона, e — заряд электрона), фототок в цепи анода обратится в нуль. Поэтому задерживающая разность потенциалов характеризует максимальную кинетическую энергию, которую может иметь вылетевший под действием света электрон.

Проводя 2-ой эксперимент, будем изменять интенсивность L падающего света, приближая источник света к фотоэлементу и, поддерживая частоту света постоянной.

Рис.3 Кривые фототока для трех значений интенсивности света L при постоянной частоте n света

Опыт показал (рис.3), что сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего света Iнас

Прямая пропорциональность силы фототока насыщения интенсивности света свидетельствует, что число электронов, выбиваемых из катода в единицу времени, пропорционально плотности светового потока или интенсивности света.

Замечательной особенностью результата (рис.3) является то, что задерживающая разность потенциалов остается величиной постоянной независимо от интенсивности света.

В 3-ем эксперименте изменяли частоту падающего света при неизменной интенсивности. На рис.4 представлены вольтамперные характеристики, полученные для никеля. Кривые относятся к случаям освещения никелевого шарика светом трех различных частот. Для всех трех кривых ток насыщения достигается при одной и той же разности потенциалов U=+0,8 В. Эта величина представляет собой контактную разность потенциалов между никелевым катодом и серебряным анодом. Вычитая эту величину (0,8В) из всех показаний вольтметра, можно получить истинные значения задерживающих потенциалов. Аналогичные кривые были получены для Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Cu, Pt и Ag.

Рис.4 Кривые фототока для трех значений частоты света ν при постоянной интенсивности света L, полученные для никелевого шарика (катода).

4-ый эксперимент (осуществленный американским физиком Робертом Милликеном в 1916г.) заключался в установлении зависимости задерживающей разности потенциалов, а, следовательно, и кинетической энергии вылетающих электронов от частоты падающего света. Проведенные измерения показали (рис.5), что такая зависимость строго линейна

Рис.5 Зависимость задерживающей разности потенциалов Uзад от частоты света ν

С ростом частоты света ν задерживающая разность потенциалов (а значит и максимальная энергия вылетевшего электрона) линейно возрастает. Результаты для разных материалов катода приведены на рис.6.

Рис.6. Зависимость Uзад от ν для трех катодов с различными значениями работы выхода

Из рис.6 видно, что наклон прямых не зависит от вещества катода.

Таким образом, экспериментальные закономерности, выраженные графиками на рис. 3−6, можно сформулировать в виде законов внешнего фотоэффекта:

при фиксированной частоте излучения число электронов, выбитых из катода в единицу времени прямо пропорционально интенсивности света (плотности светового потока энергии) (см. рис.3);

максимальная энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности светового потока (см. рис.4 и (1) и линейно зависит от частоты света, падающего на катод (см. рис.5);

для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света nкр, при которой еще возможен фотоэффект (при n

Лабораторная работа № 15

Изучение внешнего фотоэффекта

Теоретические основы эксперимента

Явление освобождения электронов из освещаемой поверхности вещества и переход их в другую среду в частности в вакуум, называется фотоэффектом. Открыл внешний фотоэффект в 1887г. немецкий физик Генрих Герц (г.), а экспериментально систематически исследовал его (1888−90г. г.) русский физик Александр Григорьевич Столетов (1839−96г. г.). Электронная природа фототока была доказана опытами немецкого физика Ф. Ленарда в 1899г.

Методику исследования фотоэффекта, которая стала классической, разработал Столетов. Установка для исследования фотоэффекта, сходная со схемой Столетова, состоит из фотоэлемента, вольтметра, микроамперметра, источника напряжения, реостата и источника света (рис 1).

Рис.1 Схема установки для исследования фотоэффекта

Фотоэлемент представляет собой стеклянный сосуд с двумя электродами (К — катод, А — анод), между которыми создают разность потенциалов от батареи. Разность потенциалов можно регулировать, изменяя положение движка переменного резистора R. В сосуде поддерживается высокий вакуум. Через кварцевое окно сосуда на катод падает пучок света, при этом в электрической цепи возникает ток (фототок), который регистрируется микроамперметром.

Опыты по изучению фотоэффекта состояли в измерении фототока (фототок пропорционален числу испускаемых электронов i

Читайте также:  Кабель для домашнего кинотеатра panasonic

en, где i — величина фототока, e — заряд электрона, n — число электронов) в зависимости от приложенной между анодом и катодом разности потенциалов и изучения зависимости энергий электронов от интенсивности и частоты падающего света. Разность потенциалов измерялась вольтметром.

Перечислим по порядку эксперименты, которые позволили выявить сущность явления фотоэффекта.

1-ый эксперимент: катод фотоэлемента освещался светом постоянной интенсивности и определенной частоты, а испускаемые электроны подвергались действию либо ускоряющего, либо задерживающего электрического поля. Опыт показывает (рис.2), что при нулевой разности потенциалов имеется поток электронов от катода к аноду. Увеличение положительного потенциала на аноде (которое достигается передвижением ползунка реостата вниз), ведет к увеличению фототока, так как возрастает ускоряющая сила, действующая на электроны в электрическом поле. При определенной разности потенциалов между анодом и катодом фототок достигает максимальной величины, называемой током насыщения. Наоборот, задерживающее электрическое поле, когда положительный потенциал больше у катода, чем у анода (при движении ползунка реостата вверх от центра), мешает движению электронов от освещаемой поверхности к аноду. Фототок уменьшается и при некоторой величине разности потенциалов, получившим название задерживающая разность потенциалов, становится равным нулю.

Рис.2 Зависимость фототока от разности потенциалов

Когда между катодом и анодом создается задерживающая разность потенциалов будут задержаны даже электроны обладающие максимальной кинетической энергией, т. е.

eUзад= (1)

(где m — масса электрона, e — заряд электрона), фототок в цепи анода обратится в нуль. Поэтому задерживающая разность потенциалов характеризует максимальную кинетическую энергию, которую может иметь вылетевший под действием света электрон.

Проводя 2-ой эксперимент, будем изменять интенсивность L падающего света, приближая источник света к фотоэлементу и, поддерживая частоту света постоянной.

Рис.3 Кривые фототока для трех значений интенсивности света L при постоянной частоте n света

Опыт показал (рис.3), что сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего света Iнас

Прямая пропорциональность силы фототока насыщения интенсивности света свидетельствует, что число электронов, выбиваемых из катода в единицу времени, пропорционально плотности светового потока или интенсивности света.

Замечательной особенностью результата (рис.3) является то, что задерживающая разность потенциалов остается величиной постоянной независимо от интенсивности света.

В 3-ем эксперименте изменяли частоту падающего света при неизменной интенсивности. На рис.4 представлены вольтамперные характеристики, полученные для никеля. Кривые относятся к случаям освещения никелевого шарика светом трех различных частот. Для всех трех кривых ток насыщения достигается при одной и той же разности потенциалов U=+0,8 В. Эта величина представляет собой контактную разность потенциалов между никелевым катодом и серебряным анодом. Вычитая эту величину (0,8В) из всех показаний вольтметра, можно получить истинные значения задерживающих потенциалов. Аналогичные кривые были получены для Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Cu, Pt и Ag.

Рис.4 Кривые фототока для трех значений частоты света ν при постоянной интенсивности света L, полученные для никелевого шарика (катода).

4-ый эксперимент (осуществленный американским физиком Робертом Милликеном в 1916г.) заключался в установлении зависимости задерживающей разности потенциалов, а, следовательно, и кинетической энергии вылетающих электронов от частоты падающего света. Проведенные измерения показали (рис.5), что такая зависимость строго линейна

Рис.5 Зависимость задерживающей разности потенциалов Uзад от частоты света ν

С ростом частоты света ν задерживающая разность потенциалов (а значит и максимальная энергия вылетевшего электрона) линейно возрастает. Результаты для разных материалов катода приведены на рис.6.

Рис.6. Зависимость Uзад от ν для трех катодов с различными значениями работы выхода

Из рис.6 видно, что наклон прямых не зависит от вещества катода.

Таким образом, экспериментальные закономерности, выраженные графиками на рис. 3−6, можно сформулировать в виде законов внешнего фотоэффекта:

при фиксированной частоте излучения число электронов, выбитых из катода в единицу времени прямо пропорционально интенсивности света (плотности светового потока энергии) (см. рис.3);

максимальная энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности светового потока (см. рис.4 и (1) и линейно зависит от частоты света, падающего на катод (см. рис.5);

для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света nкр, при которой еще возможен фотоэффект (при n

Оцените статью
Adblock detector