Не допускается перекрытие вентиляционных отверстий, находящихся на крышке корпуса измерительного устройства и объекта исследования

Методика и порядок выполнения работы

1. Установите термостолбик 6 у отверстия печи 5 так, чтобы оси втулки 8 термостолбика и отверстия электропечи совпадали. Введите втулку 8 в отверстие печи 5.

2. Включите кнопку “СЕТЬ” на задней панели блока индикации С. При этом на нем должны высветиться цифровые индикаторы напряжения U_тс на термостолбике и температура ΔТ электропечи. Дайте блоку прогреться 3-5 мин.

3. Включите печь кнопкой 4 “СЕТЬ”. При этом ручка 1 на верхней крышке печи должна находиться в положении “MIN”. Для исключения перегрева корпуса печи включите с помощью выключателя 3 “ВЕНТ.” вентилятор охлаждения.

4. Постепенно нагревая печь (скорость нагрева регулируйте с помощью ручки 1 на верхней крышке печи), снимите с интервалом ~50ºС зависимость напряжения U_тс термостолбика от температуры ΔТ электропечи. Можно ограничиться 8-10 точками. Отсчеты следует производить, когда напряжение U_тс термостолбика и температура ΔТ печи будут меняться медленно. Поэтому, если нагрев слишком быстрый, перед отсчетом следует уменьшить скорость нагрева с помощью соответствующей ручки.

5. После завершения этой работы поверните ручку “НАГРЕВ” печи в положение “MIN”, выключите кнопкой 4 “СЕТЬ” нагрев печи. Вентилятор при этом должен работать для охлаждения печи.

6. Перед уходом из лаборатории выключите вентилятор кнопкой 3 “ВЕНТ.” и кнопкой «СЕТЬ» на задней панели блока индикации С отключите его от сети.

1. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА

Основу содержания отчета составляют данные по измерениям и их элементарным преобразованиям, которые сводятся в таблицу. Форма отчета представлена в приложении 1 (стр. 30).

Таблица 1

Интенсивность излучения а.ч.т. I в третьем столбце находим с помощью соотношения (6). Температуру а.ч.т. Т в шестом столбце находим так:

, (7)

где Т_комн – комнатная температура, выраженная по шкале Кельвина (~300ºК).

2. В отчет входит также график зависимости

,

построенный по данным из столбцов 3 и 7 таблицы 1. Сравните построенный график с теоретически ожидаемой линейной зависимостью.

3. σ_эксп и < σ_эксп >, входящие в столбцы 8 и 9 табл. 1, вычисляете с помощью закона Стефана–Больцмана, пользуясь экспериментальными данными из столбцов 3 и 4 табл. 1.

4. σ_ГР в столбце 10 табл.1 вычисляете по наклону экспериментальной прямой .

5. Сравнить <σ_эксп> и σ_гр со стандартным табличным значением
σ = 5,67 10^-8 . Оцените выполнение закона Стефана–Больцмана. Сделайте вывод.

Вопросы для защиты работы.

1. Что такое тепловое излучение?

2. Какие тела называются абсолютно черными телами?

3. Сформулируйте закон Стефана–Больцмана.

4. Как измеряется температура а.ч.т. в лабораторной установке?

5. Как измеряется интенсивность излучения а.ч.т. в лабораторной установке?

ЛИТЕРАТУРА

[1, глава 35, § 35.1 – 35.3; 2, глава 1, § 1 – 7; 3, глава 26, § 197 – 201].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №:6.2

ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Цель и содержание работы: провести экспериментальные исследования основных закономерностей внешнего фотоэлектрического эффекта, исследовать зависимость фототока от приложенного напряжения и энергии выбитых электронов, от частоты света. По полученным данным вычислить постоянную Планка.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Под действием света с поверхности некоторых металлов вылетают электроны. Это явление называют внешним фотоэлектрическим эффектом. Сущность фотоэффекта и его законы можно объяснить только на основе квантовых представлений о свете.

Световое излучение (согласно теории Планка) происходит не непрерывно, а отдельными порциями – квантами, энергия которых (ε) пропорциональна частоте колебаний излучения падающего на металл света (ν) и равна ε = h ν, (где h – постоянная Планка).

Энергия такого кванта, упавшего на поверхность вещества, в результате столкновения с электронами поглощается, что может привести к выходу электронов из металла. Минимальная часть энергии, необходимой для выхода электрона, называется работой выхода (А_вых) из металла, остальная энергия идет на сообщение выбитому электрону максимальной кинетической энергии .

Сумма этих энергий:

(1)

представляет собой закон сохранения энергии при фотоэлектрических процессах и называется основным уравнением фотоэффекта Эйнштейна.

Из уравнения (1) вытекают законы внешнего фотоэффекта:

1) сила фототока насыщения пропорциональна падающему световому потоку,

2) максимальная скорость фотоэлектронов определяется длиной волны падающего на металл света, и не зависит от его интенсивности,

3) для каждого вещества существует длина волны, начиная с которой фотоэффект не наблюдается (красная граница фотоэффекта).

Для экспериментального исследования явления фотоэффекта, используют установку схема, которой приведена на рис 1. Поток монохроматического света, выделенный с помощью светофильтра, направляется на пластинку К (катод), помещенную в сосуде С, из которого удален воздух. В сосуде С, вблизи катода, имеется еще один электрод – анод (А). Между катодом и анодом с помощью источника постоянного тока создается электрическое поле, величина которого контролируется вольтметром V.

Рисунок 2 – Зависимость фототока от приложенного напряжения.

Рисунок 3 – Зависимость энергии от частоты света.

Для прекращения фототока в цепи необходимо подать на электроды обратное напряжение – задерживающий потенциал U_з. Его значение определяется кинетической энергией выбитых из катода электронов

, (2)

где m и e – масса и заряд электрона; v - скорость электрона.

Из уравнений (1) и (2) получим

. (3)

Из уравнения (3) следует, что величина задерживающего потенциала линейно зависит от частоты света ν (рис.3), поэтому постоянную Планка можно определить по углу наклона этой зависимости:

. (4)

Рисунок 4 – Блок осветителя. 1 – осветитель, 2 – переключатель светофильтров, 3 – блок фотоэлементов, 4 – блок питания, 5 – установка нуля «точно», 6 – установка нуля «грубо».

АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

Экспериментальная установка (рис. 4) состоит из двух основных блоков. Блок излучателя, который содержит: источник света (1), набор интерференционных светофильтров (2), фотоэлемент (3), усилитель фототока и источник питания (4) на боковой панели последнего находятся ручки установки нуля (5 – ″грубо″, 6 – ″точно″). Второй блок (рис. 5), предназначен для управления установкой и индикации полученных измерений. На передней панели последнего размещены кнопка “прям-обр“ для выбора режима измерения прямой и обратной ветви ВАХ фотоэлемента, цифровой индикатор значений напряжения (В) и фототока (мкА) фотоэлемента. Интервал регулирования напряжений от 0 до 10 В в прямом режиме и от 0 до 1 В – обратном осуществляется кнопками ″+″, ″″, ″сброс″. Блоки соединены между собой кабелем. На задней панели измерительного блока расположен выключатель. Устройство измерительное с помощью сетевого шнура подключается к сети.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Без разрешения преподавателя установку в сеть включать запрещается.