Determinarea constantei planck din studiul efectului fotoelectric

1.Scopul lucrării

Scopul lucrării este studiul efectului fotoelectric extern produs pe catodul unei celule fotoelectrice, se măsoară energia cinetică a electronilor ca funcție de frecvența luminii incidente pe catod, și constanta lui Planck h arătându-se că energia cinetică a electronilor este independentă de intensitatea luminii incidente.

2.Principiul fizic

Efectul fotoelectric constă în emisia de electroni dintr-un corp (metalic sau semiconductor) atunci când acesta este iradiat cu radiație electromagnetică. Electronii emiși astfel se numesc fotoelectroni.

Mecanismul efectului fotoelectric: un foton absorbit cedează energia sa unui electron. Dacă această energie este suficientă pentru a elibera electronul de forțele care îl leagă, el poate părăsi suprafața materialului.

Energia unui foton care produce efectul fotoelectric este primită integral de electron și este utilizată o parte W’ pentru a scoate electronul din atom, o altă parte, W pentru a desprinde electronul de pe suprafața corpului, iar restul va fi transformată în energie cinetică a electronului extras Ec. Expresia conservării energiei va avea deci următoarea formă: h- = W’ + W + Ec.

În metale există un număr mare de electroni care pot fi considerați aproximativ liberi. De aceea se consideră că W’=0 și legea de conservare devine: h- = W + Ec. Pe măsură ce scade energia - a fotonilor, va scădea și viteza electronilor emiși. Pentru o anumită frecvență de prag, respectiv pentru o anumită lungime de undă de prag, viteza electronilor emiși se anulează, iar pentru - <- p, electronii nu mai pot părăsi corpul. În acord cu a doua relație, frecvența de prag este: h- p = W.

Aplicând un câmp electric de frânare între catod și anod se poate determina energia cinetică a electronilor emiși: Ec = mv2/2 = eUf.

Din relațiile 2, 3 și 4 se poate deduce o nouă formă a legii efectului fotoelectric:

h- = h- p + eUf

Folosind relația eVp = W = h- p se definește potențialul de extracție Vp pentru metale.

3.Prelucrarea datelor:

L2: Pentru o radiație incidentă de o frecvență dată, numărul de electroni emiși în unitatea de timp este proporțional cu intensitatea radiației incidente.

Pentru a demonstra cea de a doua lege a efectului fotoelectric am ales ca material argintul. Am fixat în simulator lungimea de undă a radiației incidente - = 230 nm și tensiunea de frânare Uf = 0,5V, modificând intensitatea radiației incidente de la 20 la 120 într-un interval de timp de 30s. Astfel se observă că numărul electronilor emiși în unitatea de timp crește odată cu creșterea intensității radiației incidente. Pentru a calcula frecvența se folosește relația: - - - c/- - - c = 3108).

L2

Ag

- , nm - - Hz I, A Uf, V t, s e-emiși e-emiși/t, 1/s

230 1,30E+06 20 0,5 30 10 0,33

40 21 0,7

60 35 1,17

80 40 1,33

100 51 1,7

120 71 2,37

L1: Există o frecvență minimă, numită prag, sub care nu are loc emisie de electroni indiferent de intensitatea radiației incidente.

Pentru demonstrarea primei legi a efectului fotoelectric am fixat intensitatea radiației incidente I = 70A și tensiunea de frânare Uf = 0,5V, modificând valoarea lungimii de undă a radiației incidente până la stoparea emisiei de electroni. După stabilirea valorii la care nu se mai emit electronii am modificat dat lui I valori de la 20 la 120, observând că indiferent de valoarea intensității radiației incidente nu se mai emit electroni.