Лабораторная работа №46.

Изучение законов фотоэффекта.

Фотоэффектом называется отрыв электронов от атомов под действием фотонов. Обычно различают внешний и внутренний фотоэффект. При внешнем фотоэффекте электроны выходят за пределы освещаемой поверхности тела (фотоэмиссия), при внутреннем фотоэффекте электроны остаются внутри тела (фотопроводимость, вентильный фотоэффект).

Для внешнего фотоэффекта установлены следующие основные закономерности:

-  Фотоэффект безинерционен.

-  При неизменном спектральном составе света величина силы фототока насыщения пропорциональна интенсивности света.

-  Максимальная скорость фотоэлектронов зависит для данного вещества только от частоты падающего света.

-  Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта – частота , ниже которой фотоэффект не происходит.

ВАХ характеристика фотоэффекта:

(рис. 1)

Как видно из рисунка, по мере увеличения фототок постепенно возрастает, т. е. всё большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение тока - тока насыщения – определяется таким значением , при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:

,

где - число электронов, испускаемых катодом в 1 секунду.

Величина максимальной скорости фотоэлектронов может быть найдена из уравнения Эйнштейна:

, (1)

где - энергия фотона,

* - работа выхода электрона,

- максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Величина максимальной кинетической энергии фотоэлектронов легко определяется по изменению задерживающей разности потенциалов , т. е. такой разности потенциалов, при которой фототок прекращается:

. (2)

Из (1) и (2) следует, что зависимость задерживающей разности потенциалов (запирающего напряжения) от частоты света, падающего на фотокатод, является линейной:

.

(рис. 2)

Из графика можно найти постоянную Планка и работу выхода. «Красная граница» фотоэффекта зависит от величины работы выхода электрона из материала катода и на основании (1) равна:

.

На внешнем фотоэффекте основано действие вакуумных и газонаполненных фотоэлементов. Фотоэлементы имеют следующие основные характеристики:

-  ВАХ – зависимость силы фототока от напряжения при постоянном световом потоке (рис. 1).

-  Световая характеристика – зависимость фототока от светового потока при неизменном напряжении.

-  Чувствительность фотоэлемента:

интегральная ;

спектральная ,

где - изменение фототока, вызванное изменением светового потока на величину ;

* - изменение монохроматического светового потока с длиной волны .