Читать онлайн «Внешний фотоэффект. Изучение закона Столетова и проверка формулы Эйнштейна»

Федеральное агентство по образованию ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра физики УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой физики ________________Е. М. Окс ________________ Физика ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СТОЛЕТОВА И ПРОВЕРКА ФОРМУЛЫ ЭЙНШТЕЙНА Руководство к лабораторной работе для студентов всех специальностей Разработчики: профессор кафедры физики ___________В. А. Бурдовицин ______________2009г. доцент кафедры физики ___________М. В. Федоров ______________2009г. 2009  2 1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является изучение основных законов внешнего фотоэффекта на основе измерения световой и вольт- амперной характеристик вакуумного фотоэлемента. 2 КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов под действием света. Закономерности, которым подчиняется это явление, формулируются в виде трех положе- ний: 1) фототок насыщения (Iнас) пропорционален световому пото- ку; 2) максимальная скорость фотоэлектронов определяется дли- ной волны (частотой) света и не зависит от его интенсивно- сти; 3) для каждого материала существует минимальная частота света (максимальная длина волны), при которой еще возмо- жен внешний фотоэффект. Другими словами, существует “красная граница фотоэффекта”. Первое положение называется законом Столетова, второе и третье объединяются формулой Эйнштейна. Согласно современным воззрениям, свет представляет собой поток световых квантов – фотонов, энергия каждого из кото- рых равна hν (ν- частота, h - постоянная Планка). При поглоще- нии света веществом каждый фотон отдает свою энергию од-  3 ному электрону (монофотонный фотоэффект), который при оп- ределенном соотношении между энергией поглощенного фото- на и величиной потенциального барьера на границе вещество- вакуум (работа выхода) может покинуть вещество. Фотоэлек- троны могут накапливаться в вакууме вблизи поверхности ве- щества так, что их совокупный отрицательный пространствен- ный заряд оказывается способным возвращать вышедшие элек- троны обратно в вещество. Для устранения такого влияния фо- тоэлектроны необходимо удалять от поверхности вещества. Это достигается подачей ускоряющей электроны разности по- тенциалов между фотокатодом и анодом. Начиная с некоторой разности потенциалов (20 – 30 В) фототок перестает от нее за- висеть, т. е. становится током насыщения. Очевидно, что в ус- ловиях отсутствия пространственного заряда количество фото- электронов, безвозвратно покидающих вещество в единицу времени, а следовательно, и фототок, прямо пропорциональны числу фотонов, падающих на поверхность вещества в единицу времени, т. е.