Краткая теория. Цель работы:исследование внешнего фотоэффекта с помощью фотоэлемента

ЛАБОРАТОРИЯ АТОМНОЙ ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЭЛЕМЕНТА

Талдыкорган

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЭЛЕМЕНТА

Цель работы: Исследование внешнего фотоэффекта с помощью фотоэлемента

Приборы и принадлежности: Лабораторная установка (ОТТ-6).

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Внешним фотоэффектом называется явление испускания веществом электронов под действием света. Наблюдается обычно у металлов. Столетовым и другими учеными опытным путем открыты законы внешнего фотоэффекта.

1. Максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не

зависит от него интенсивности;

2. Фототок насыщения пропорционален световому пототоку;

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой возможен внешний фотоэффект. При фотоэффект отсутствует.

В соответствии с законом сохранения энергии выполняется соотношение

(1)

которое называется уравнением Эйнштейна. Оно легко обьесняет закон фотоэффекта. В самом деле, из (1) следует, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона, а значит и его скорость, зависят от частоты света и работы выхода. Фотоэффект возможен, если . Случай , соответствует красной границе, или частоте

Она зависит только от работы выхода электрона, т.е. от химической природы металла и состояния его поверхности. Фототок определяется числом фотоэлектронов, вылетающих из катода в единицу времени. Он пропорционален числу фотонов , падающих за то же время на поверхность вещества, т.е. световому потоку .

Внешний фотоэффект находит широкое практическое применение. Приборы, действие которых основано на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами (используется в электронике, телевидении, приборах ночного видения, сигнализации и т.д.).

Простейший тип вакуумного фотоэлемента представляет собой стеклянный баллон, из которого выкачан воздух. Большая часть внутренней поверхности баллона покрыта светочувствительным слоем (натрия, калия или цезия). Фоточувствительный слой служит катодом . В центральной части баллона помещают другой электрод - анод , выполненный обычно в виде небольшой сферы, полусферы или кольца (рисунок-1). Участок поверхности фотоэлемента, расположенный против катода, прозрачен. Через этот сток в фотоэлемент могут проникать световые лучи, которые при попадании на фотокатод вызывают явление фотоэффекта. Если между катодом и анодом приложена разность потенциалов, то электроны, вырванные светом из катода под действием электрического поля, устремятся к аноду. В фотоэлементе и цепи, в которую он включен, пойдет электрический ток.

		А

Рисунок-1

Этот ток обычно называют фототоком. Величина фототока определяется световым потоком, падающим на катод и напряжением между анодом и катодом. Зависимость силы фототока от напряжения, приложенного к фотоэлементу при постоянном световом пототоке , называется вольтамперной характеристикой фотоэлемента. Обычно вольтамперная характеристика дается в виде графика зависимости от (рисунок-2).

Рисунок-2.

Из графика видно, что с увеличением напряжения величина фототока растет. Однако постепенно рост фототока замедляется и затем при некотором напряжении прекращается вовсе. Фототок, величина которого не зависит от нарпряжения, называется фототоком насыщения . При насыщении все электроны, вырываемые светом с поверхности катода в единицу времени, достигают анода. В вакуумных фотоэлементах часть электронов, вылетающих из катода под действием света, может долететь до анода и в отсутствии электрического поля (из графика видно, что при ). Чтобы прекратить ток в фотоэлементе, необходимо приложить задерживающее напряжение . Задерживающее напряжение и максимальная скорость фотоэлектронов связаны очевидным соотношением

(2)

где, - заряд электрона,

- масса электрона.

Уравнение (2) вытекает из условия равенства работы задерживающего поля и первоначальной кинетической энергии фотоэлектрона .

Другой харктеристикой фотоэлемента является световая характеристика. Световой характеристикой назвается зависимость силы фототока от светового потока, падающего на фотоэлемент при постоянном напряжении на нем .

Отношение силы фототока к световому пототоку назвается чувствительностью фотоэлемента ,

(3)