Efectul Fotoelectric Extern

Scurt istoric

Heinrich Hertz, in 1887, a constatat ca descarcarea electrica dintre doua sfere se producea mai usor daca avea loc in prezenta luminii ultraviolete. Aceasta e prima referire la efectul fotoelectric.

Wilhelm Hallwachs, in 1888, a observat ca lumina ultravioleta produce descarcarea unei sfere metalice incarcata negativ. Daca sfera este incarcata pozitiv descarcarea nu se producea, iar daca era masurata calitativ sarcina electrica, a sferei,cu ajutorul unui electroscop se constata ca ea crestea. Concluzia a fost ca sub actiunea luminii ultraviolete sfera de zinc emitea particule incarcate cu sarcina electrica negativa.

Thomson si Lenard, in 1889, au demonstrat ca lumina ultravioleta scoatea electroni din metalele pe care cadea.

1.Dispozitivul experimental pentru studierea efectului fotoelectric extern consta in :

-tub de sticla vidat (T) prevazut cu o fereastra din cuart (Q-transparenta la radiatii ultraviolete)

-doi electrozi : catodul K si anodul A

-filtru F (necesar pentru iluminarea catodului cu radiatii monocromatice)

-arcul electric (sursa de radiatii )

-galvanometrul G pentru masurare intensitatii curentului electric

-reostat R cu cursor C pentru modificarea tensiunii electrice dintre anod si catod

-voltmetrul V, care masoara caderea de tensiune dintre anod si catod

-sursa de tensiune continua E

Nr. crt. U(V) I(A) d(cm)

2.a)Procedeul experimental pentru ridicarea caracteristicii curent-tensiune I=f(U) :

-se realizeaza schema electrica din figura de mai sus

-se fixeaza o anumita distanta intre izvorul luminos si celula fotoelectrica

se variaza tensiunea electrica din 2 in 2 volti si se citesc valorile corespunzatoare ale curentului fotoelectric I si ale tensiunii U

-datele se trec intr-un tabel de forma :

-se reprezinta grafic I=f(U) ; trebuie sa se obtina o figura de tipul urmator:

-se repeta masuratorile pentru mai multe distante dintre izvorul luminos si celula fotoelectrica, deci pentru mai multe valori ale fluxului luminos incident - -se reprezinta pe acelasi grafic , dependenta I=f(U) pentru fiecare distanta diferita, adica pentru fiecare flux luminos Φ1, Φ2, Φ3 ; trebuie sa se obtina o figura de tipul urmator :

2.b)Dependenta dintre intensitatea curentului de saturatie si fluxul luminos IS=f(Φ):

Nr. crt. I(μA) d(m) U(V)

-se stabileste intre anod si fotocatod o tensiune suficient de mare pentru a ne situa pe portiunea orizontala a caracteristicii curent-tensiune

-se variaza distanta d dintre izvorul luminos si celula fotoelectrica din 10 in 10 cm si se noteaza intensitatea curentului I si distanta d

-datele se trec in al doilea tabel de forma :

-se reprezinta grafic

care reprezintă la altă scară funcţia

Fenomenul fizic prin care absorbtia luminii conduce la emisia de electroni in afara metalului iradiat, datorita interactiei dintre radiatiile luminoase si electronii liberi din reteaua cristalina a metalului se numeste efect fotoelectric extern.

Electronii emisi de fotocatodul metalic( in urma absorbtiei fotonilor) pot ajunge la anod doar daca anodul este legat la polul pozitiv al sursei de tensiune continua iar catodul (fotocatodul) este legat la polul negativ al aceleiasi surse. La aplicarea intre cei doi electrozi, a unei tensiuni electrice mici, electronii sunt slab accelerati spre electrodul pozitiv, si de aceea sunt captati de anod int-un ritm mai lent decat cel in care ei sunt produsi de catre fotocatod. Ca urmare ei se aglomereaza in zona fotocatodului unde formeaza o sarcina spatiala negativa , sarcina care franeaza trecerea celorlalti electroni spre anod. Daca se mareste tensiunea electrica un numar din ce in ce mai mare de electroni va fi atras de anod, pana cand la un moment dat, toti electronii emisi de fotocatod vor fi captati de anod; de aici incolo oricat vom mai creste valoarea tensiunii electrice numarul de electroni captati de anod ramane constant, si ca urmare curentul electric pe care acesti electroni il determina va atinge un nivel de saturatie.