Studiul efectului fotoelectric
efect fotoelectric
Există trei tipuri de efectul fotoelectric:
PhotoEffect extern numit ejecție de electroni dintr-o substanță sub acțiunea radiației electromagnetice. efectul fotoelectric extern se observă mai ales în conductorii.Valve efect fotoelectric este apariția foto-emf. atunci când sunt iluminate de contact a două semiconductori diferite sau a unui semiconductor și un metal fără prezența unui câmp electric extern.
Mai mult, în 1887, Genrih Gerts a descoperit că, dacă iluminarea decalaj negativ electrod scânteie cu lumină ultravioletă, descărcarea are loc la o tensiune mai mică.
Acest fenomen, ca și experiența fizicianul român A. G. Stoletova (1888-1890 ani), datorită ejectarea indusă de lumină sarcini negative din descărcătorului catodic.
Figura 1 este o diagramă de experimente Stoletova. electrozi condensator plat unul care a fost o Cu plasă de cupru. și ca al doilea - placă de zinc Zn. Acesta a fost activat prin galvanometru G în circuitul acumulatorului.
Atunci când sunt iluminate de o placă încărcată negativ al sursei de lumină Zn S generează un curent electric în circuit, numit fotocurentul. fotocurentul Putere proporțională cu placa de Zn lumină. Sistemul de iluminare electrod încărcat pozitiv de Cu nu conduce la fotocurentul. Acest lucru a fost demonstrat experimental că metalul lumina devine încărcat negativ particule. Măsurarea încărcăturii specifice a particulelor asupra deformării lor într-un câmp magnetic a arătat că electronii (e / m = 1,759 brumărel 11 K / kg).
Figura 2. Este o diagramă schematică, cu care să examineze PhotoEffect extern. Se folosește o fotocelulă vid. care este un geam evacuat, de exemplu, un cilindru sferic, al cărui centru se află anod sub formă de inele sau plăci. O parte a suprafeței interioare a cilindrului este acoperit cu un strat subțire de metal, care servește drept catod. Lumina de iluminare se numește catod fotocatod.
Între anod și catod de fotografie sursă de curent creează un câmp electric. Deoarece circuitul electric deschis, în absența curentului electric de lumină prin celula nu merge.
La lumina iluminare rips catod acestuia electroni care, sub influența forțelor câmpului electric se deplasează spre anod. Lanțul apare curent electric numit fotocurentul. Rezistența fotocurentului este măsurată de un galvanometru tensiune G. între fotocatodul și Anodom - voltmetru V.
Electron - o particulă încărcată negativ. Prin urmare, în cazul în care organismul va fi eliberat din puținele electroni neutre, taxa corpul devine pozitiv. electronii emiși sunt deținute în jurul acestui corp, fiind atras de ea și împingând reciproc, unele dintre electronii se vor întoarce înapoi la substanță. Deasupra suprafața corpului creat de norul de electroni. Întregul sistem (nor și placa) va fi electric neutru, dar placa este încărcat nor sarcină pozitivă și - negativ.
Prin schimbarea tensiunii de potențiometrul forțelor R. sunt fotocurentul dependente I de tensiune aplicată U - tensiune caracteristică.
Caracteristica curent-tensiune
Fig. 3 prezintă o caracteristică curent-tensiune a efectului fotoelectric extern.
Când U = 0 între catod și anod câmp electric nu este prezent, dar puterea fotocurentului încă nu este zero.
Acest lucru se datorează faptului că electronii sunt scoase lumina de la catod, au o anumită viteză v inițială (și, prin urmare, energia cinetică), astfel încât o parte din ele pot ajunge la anod și, în absența unui câmp electric.
Dacă vom crește tensiunea dintre catod și anod (dând un potențial negativ la catod și anod - pozitiv), va crește curentul. Acest lucru se datorează faptului că acum electronii care, atunci când U = 0 nu ajunge la anod, sub acțiunea câmpului electric atras de anod.
Graficul arată că la o anumită valoare U = Un putere fotocurentul atinge valoarea sa maximă, curentul de saturație a primit titlul Ir. O creștere suplimentară a tensiunii nu produce o creștere curent. Acest lucru înseamnă că toate electronii sunt scoase lumina de la catod ajunge la anod. Dacă pe unitate de timp a luminii rips fotocatodic n electroni, curentul de saturație va fi egală cu
în cazul în care e - taxa de electroni.
Dacă schimbăm polaritatea electrozilor, adică aplicați un potențial pozitiv la catod și anod - negativ, câmpul electric va împiedica mișcarea electronilor de la catod la anod.
Prin operarea intensitatea câmpului electric (AE = UE) energia cinetică a electronilor în mișcare va scădea.
În cazul în care energia cinetică inițială a electronului este mai mare Wc de operare a câmpului electric (Wc> AE), electronii vor ajunge la anod, circuitul va merge curent. WkeU Atunci când electronii ajung la anod, și se oprește curent.
Cea mai mică tensiune. la care fotocurentul încetează,
nazyvaetsyazaderzhivayuschim și desemnat UZ
unde c - a vitezei luminii în vid (c = 10 8 martie m / s).
Dificultățile fizicii clasice
Dacă lumina - este unda electromagnetica, conform teoriei valurilor, energia fotoelectronilor ar trebui să crească odată cu creșterea iluminarea fotocatod.
Într-adevăr, din punctul de vedere al fizicii razuvelichenie energiei luminii potokaekvivalentnouvelicheniyu clasice. adus de val, iar în cazul în care funcția de lucru depinde numai de proprietățile materialului fotocatodic todolzhna crește și energia cinetică a electronilor.
Experimental a stabilit doua lege a efectului fotoelectric spunând complet diferit, care este complet contrar opiniilor existente cu privire la natura undelor de lumina - fotoelectronica energie a variat doar prin variația lungimii de undă a luminii. incidente pe fotocatod, și nu depinde de iluminare ea.
Confruntându-se cu efectul fotoelectric, fizica clasică este de a recunoaște neputința cuiva. Okruzhayuschio mondială a fost mult mai complicat decat se credea anterior. Era nevoie de cineva care ar putea avea un aspect diferit la procesele care au loc în ea. Rolul acestui „cineva“ a luat pe Albert Einstein.
Explicația efectului fotoelectric legilor
Legile efectului fotoelectric a fost explicat de Albert Einstein *) pe baza teoriei cuantice a luminii. Conform acestei teorii, emisia și absorbția luminii are loc în porțiuni cuante ale undelor electromagnetice, numite fotoni. Einstein a sugerat că lumina nu este doar emisă și absorbită. dar, de asemenea, se extinde sub forma de fotoni (fotoni) din energia de curgere a fiecăruia dintre care este egală cu
în care - frecvența luminii; h = 6,62 10 -34 J s - constanta lui Planck.
Ef foton energia absorbită este transferată în întregime de un singur electron.
O parte din această energie este consumată pentru a executa funcția de lucru de electroni a unei substanțe, restul este raportată ca energia cinetică a electronilor.
În cazul în care electronul nu irosi energia in ciocnirile inelastice din metal, energia cinetică la ieșirea din metal va fi maxim.
În baza legii de conservare a energiei, putem scrie raportul, care mai târziu a fost numită ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric,
Această formulă este utilizată pentru a calcula constanta Planck.
Descrierea postului *
Pe ecranul de afișare văzut din materialul de emisie de electroni, iluminate de razele de lumină, electronii sunt reprezentate prin cercuri mici în mișcare. Dacă modificați frecvența luminii incidente razele modificări de culoare. Modelul de simulare observa dinamica formării norului de electroni, de exemplu, în absența diferenței de potențial între electrozi. Unii, cea mai rapidă cale de curgere a electronilor între plăcile iradiate și neiradiate.
Evenimentele de pe ecran poate fi controlat cu telecomanda. De exemplu, dacă „se aplică tensiune la electrozii“ (adică, setați valoarea corespunzătoare în modelul de calculator), vom vedea „fotocurentul aspectul“ - proces de mișcare Simulate electroni punct se deplasează de la catod la anod. Pe ecran putem vedea procesul de resorbție a norului de electroni, urme dinamica tranziției la curentul de saturație. Astfel rulează contra numărul de particule care ajung la anod. Sunt afișate indicații ale acestui contor.
La efectuarea lucrărilor trebuie:
Pentru a construi curent-tensiune caracteristică, adică dependența curentului de tensiunea.Pentru a investiga dependența tensiunii de retardare Uț frecvenței luminii (= c / unde -. Wavelength și c - a vitezei luminii). Conform acestei relații pentru a determina constanta lui Planck.
progres
Acest laborator este modelat pe un ecran de computer fenomen al photoemission. În timpul experimentului a investigat caracteristicile curent-tensiune ale celulei solare, și este determinată de constanta lui Planck.
1. Introduceți valoarea lungimii de undă a luminii incidente.
Lungimea de undă a luminii incidente, puteți seta numărul de intrare atribuit la această fereastră. Se recomandă să setați prima valoare egală cu 400 nm.
2. Introduceți valoarea tensiunii.
Tensiunea de anod poate fi setat în introducerea numărului atribuit această fereastră. Se recomandă să setați prima valoare egală cu 10 V.
3. Se măsoară numărul de electroni ajunge la anod, timp de 10 secunde.
Trebuie să așteptați un timp, până când există un flux constant de particule, și apoi apăsați butonul „Start“, care declanșează cronometrul și contorul de particule, care se oprește automat după 10 secunde. După pornirea în zona corespunzătoare a ecranului arată numărul final de electroni, care între timp a ajuns la anod. Experiența ar trebui să fie efectuată de 5 ori.
4. Efectuarea de experimente la o tensiune de 10 până la -2 V.
Se recomandă să se efectueze măsurători la intervale de 1 V. Fiecare experiență de tensiune ar trebui să fie efectuată de 5 ori.
5. Pentru a investiga mai detaliat regiunea de saturație și tensiunea de retardare.
Când se apropie de valorile de saturație și de blocare. recomandata de masurare la 0,5 V sau mai puțin intervale. De fiecare dată când experiență de stres ar trebui să fie efectuată de 5 ori.
6. Se calculează numărul mediu de particule la fiecare tensiune.
7. Construiți o caracteristică curent-tensiune pentru o anumită lungime de undă.
Este necesar să se construiască un grafic al numărului mediu de electroni care ating anodul tensiunii. Conform calendarului pentru a găsi saturație curent, zero tensiune de curent pentru a evalua tensiunea de retardare.
8. Găsiți retardare tensiune pentru 4-5 lungimi de undă.
Lungimile de undă trebuie să fie luate în intervalul 400-600 nm cu un pas de 50 nm. Pentru fiecare lungime de undă, întârzierea alege tensiune negativă fără a construi caracteristica curent-tensiune. Pentru aceasta a obține mai întâi aproximativ tensiunea la care numărul de particule este mic. Apoi, reducând încet tensiunea negativă, pentru a realiza că particulele nu se mai ajunge la anod. Experiența recentă pentru a petrece de 5 ori. Rezultatele sunt prezentate într-un tabel.
9. Pentru fiecare lungime de undă pentru a calcula frecvența.
Înregistrați rezultatele în tabelul obținut în Sec. 8
10. Parcelă tensiunea de retardare în funcție de frecvență.
Conform tabelului primit complot dependența de tensiune a întârzierii cu o frecvență. Graficul ar trebui să fie o linie dreaptă, care ar trebui să fie efectuată astfel încât punctele experimentale au fost, în medie, de la ea de cea mai scurtă distanță.
11. Pentru a determina constanta lui Planck
Din formula Einstein rezultă că panta curbei tensiunii de retardare de frecvență egală cu raportul dintre constanta lui Planck la sarcina unui electron. Versantul poate fi găsit din grafic ca raportul dintre picioare. Cunoscând sarcina electronului, constanta lui Planck, se calculează.
întrebări de testare
Ceea ce se numește efectul fotoelectric?*) Descrierea și progresele realizate până TOLSTIKOV AM și Olovyashnikovoy AM