Методика эксперимента. Фотоэлектрический эффект – испускание электронов веществом под действием света

Фотоэлектрический эффект – испускание электронов веществом под действием света.

Электрическая схема измерительной установки дана на рис. 36А.1.

Установка состоит из источника света Л, вакуумного фотоэлемента ФЭ и сменных светофильтров СФ. Свет, пройдя через светофильтр, пропускающий определенный диапазон длин волн, освещает катод К, изготовленный из исследуемого материала. Электроны, испущенные катодом вследствие фотоэффекта, перемещаются к аноду А. В результате по цепи (рис. 36А.1) течет фототок, измеряемый гальванометром Г. Напряжение между анодом и катодом можно изменять с помощью потенциометра П и измерять вольтметром V.

Полученная вольтамперная характеристика (то есть кривая зависимости фототока I от напряжения между электродами U) приведена на рис. 36А. 2

Естественно, что характеристика снимается при неизменном потоке света Ф. Из этой кривой видно, что при некотором не очень большом прямом напряжении фототок достигает насыщения — все электроны, испущенные катодом, попадают на анод. Следовательно, сила тока насыщения I_н определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света.

Пологий ход кривой указывает на то, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Доля электронов, отвечающая силе тока при U = 0, обладает скоростями, достаточными для того, чтобы долететь до анода «самостоятельно», без помощи ускоряющего поля. Для обращения силы тока в нуль нужно приложить задерживающее напряжение U_з. При таком напряжении ни одному из электронов, даже обладающему при вылете из катода наибольшим значением скорости , не удается преодолеть задерживающее поле и достигнуть анода. Поэтому можно написать, что

, (1)

где т и е – масса и заряд электрона. Таким образом, измерив задерживающее напряжение U_з, можно определить максимальное значение скорости фотоэлектронов.

Энергия, полученная электроном, доставляется ему в виде кванта , который усваивается им целиком. Часть этой энергии, равная работе выхода (наименьшая энергия, которую необходимо сообщить электрону для того, чтобы удалить его из вещества в вакуум), затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Остаток энергии образует максимальную кинетическую энергию электрона, покинувшего вещество. В этом случае выполняется уравнение Эйнштейна

(2)

Если учесть (1), то получим

(3)