A Mezőgazdasági Minisztérium, az Orosz Föderáció
Meghatározása Planck-állandó
Eszközök és tartozékok: 1) egy fényforrást, 2) monokromátor, 3) vákuum napelem, 4) nanoammeter 5) millivoltméter 6) a forrás zárófeszültségét.
Számos kísérletek kimutatták, hogy az intézkedés alapján fénysugarak egy adott hullámhosszú a vezetékek, elektronok tud megszökni. kibocsátási jelenséget a fény szabad elektronok a felületi vezetékek (fémek) nevezzük külső PhotoEffect.
Külső fotoelektromos hatás először vizsgálták orosz fizikus AG Stoletov. Vezetési élmény Stoletova mag ábrán látható. 1. A beeső fényt a katód, és húzza ki belőle elektronok található vákuumban. Ha az anód bizonyos távolságra a katód, alkalmazni pozitív potenciál, elektromos mező, az elektronok elkezd mozogni az anód felé, áram folyik keresztül az áramkör, amely érzékeli egy galvanométer. Alaptörvényei külső fotoelektromos hatás, meg AG Stoletov, a következők:
Az erőssége a fényáram i. meghatározott elektronok száma szakadt könnyűfémből, arányos a fény intenzitása beeső a fém, és nem függ a hullámhossz (frekvencia) sugárzás.
Speed elektronok kilökődik fénytől fémfelület nem függ a fény intenzitása, de növeli a frekvencia (csökkenése hullámhossz) sugárzás.
Minden egyes anyag van egy bizonyos minimális vezető sugárzási frekvenciát (piros határ PhotoEffect), amely képes ragadhatja elektronokat a felszínen a vezető. fotoelektromos hatás nem jelentkezik, ha fényvezető a fény frekvenciája.
Az első és második törvényei fotoemissziós illusztrálják áram-feszültség jellemzőit a vákuum fotocella - függően fotoáram i, által alkotott az elektronok áramlását által kibocsátott fény a katód, U feszültség az elektródák között. Egy ilyen függőség megfelelő két különböző értékeit intenzitásának J beeső fény a katód (a gyakorisága a fény ugyanaz mindkét esetben), ábrán látható. 2. Ha a fotokatód egy elektromosan semleges fény kopogás elektronok, ez azt jelenti, hogy a katód van egy pozitív töltést, amely vonzza az elektronokat kiadja. Ennek eredményeként, néhány pozitív töltésű katód felhő képződik a negatív töltésű fotoelektron kiadja. A felhő a kilökött elektronok dinamikus egyensúlyban, azaz az összeg kiadja elektronok közelítőleg egyenlő az elektronok száma prityanuvshy fotokatód. Csak kisszámú legenergikusabb fotoelektronokat elkerülje az elektron felhő körül fotokatódról, de ezek közül csak néhány jut az anód. Ennek eredményeként, még akkor is, ha a feszültség a katód és az anód, U = 0 folyik keresztül a vákuum-cella egy bizonyos aktuális (ábra. 2).
Ha az anód fájl „+”, akkor az anód és a katód, egy elektromos mező E, hogy a közeli mező E hat fotoelektronok Coulomb-erő Fk = eE. felé az anód (ábra. 1). Ahogy a feszültség U a katód és az anód, fokozatosan növelve a photocurrent, hiszen egyre több fény kiadja fotoelektronok hatása alatt Coulomb erő eléri az anód. Az áramerősség maximális értékének Inas - telítési fotoáram - U érték így meghatározott, amikor is az elektronok kilökődik a fotokatód, eléri az anód. Amint az ábrából látható. 2, a fény egy konstans frekvenciánál (ν = const) Inas telítési fotoáram magasabb, annál nagyobb az intenzitás a beeső fény a fotokatód.
Amint ábrából látható. 2, a fotoáram létezik még nulla közötti feszültség az anód és a katód. Ezen túlmenően, a megszüntetése a fotoáram, az anód kell alkalmazni a negatív feszültség képest a katód, amely az úgynevezett blokkoló feszültség Uzap.
Megléte fotoáram még negatív értékei a retardáló feszültség 0-tól -Uzad azt jelzi, hogy fotoelektronok leveszi hatása alatt a fény a katód, egy adott kezdeti sebességgel, és ennek megfelelően, a kinetikus energia. Ábra. A 3. ábra az áram-feszültség jellemző vákuum fénysorompó fénnyel megvilágítva az azonos int
Ábra. 2, hogy az érték a blokkoló feszültség nem függ a fény intenzitását beeső a katódon. És ábrából. 3, hogy a cut-off feszültség Uzap állandó sebességgel (J = const), frekvenciája határozza meg a fény V - nevezetesen Uzap frekvenciával nő a beeső fény a fotokatód.
A törvények fotoemissziós klasszikus fizika nem tudott megmagyarázni. Ez teljes mértékben képes megtenni 1905-ben Einstein alapján quantum ötletek a fény természetéről. Ezen elmélet szerint, a fény áramlási mikrorészecskék - a fénymennyiség (fotonok), hogy repülni vákuum fénysebességgel energia, valamint:
ahol h - Planck állandó, n - a frekvencia a fény.
Falling fémfelületre, fémmentes fotonok továbbítják az energiát az elektronok. Része a fotonenergia ugyanakkor töltött az elektron kivetés a fémfelület és a fennmaradó rész a foton energiáját bemegy egy üzenet kivonat egy elektron kinetikus energiája:
Eto Einstein egyenletet a külső PhotoEffect. Itt a termék h N - fotonenergia, AB - a munka a fém elektront, m υ 2/2 - a kinetikus energia a kilökött elektron. Az egyenlet valóban tükrözi a törvény az energiamegmaradás az fotoelektromos hatás.
A maximális kiindulási sebessége fotoelektronok vmax társított zárófeszültségét Uzap kapcsolatban:
ahol e - elektron töltése. Akkor Einstein egyenletet a külső fotoelektromos hatás válik:
A frekvencia ν kapcsolódik a hullámhossz λ arány: ν = c / λ, ahol c a fénysebesség. Akkor Einstein egyenlet felírható:
Ez: X- kifejezés, AO és Uzap- mért értékek, és a C és E - az alapvető állandók. Ez a körülmény lehetővé teszi, hogy egyszerűen tanulmányozásával jelenségek a külső fotoelektromos hatás mérésére Planck-állandó.
Einstein egyenlet ad magyarázatot az összes alapvető törvényeket a külső fotoelektromos hatás. A szempontból a kvantumelmélet fényintenzitás határozza száma beeső fotonok. Minden egyes foton incidens a katód lehet húzni belőle egy elektron. Ezután az elektronok száma szakadt (fotoáram hordozó) egyenesen arányos a száma beeső fotonok, azaz az intenzitás a beeső fény, ami megfigyelhető kísérletileg.
Egyenlet (1), hogy a kinetikus energia a kilökött elektronok esetben csak az energia a beeső fotonok: sebessége a kilökött elektronok a növekvő frekvenciával fénykibocsátás növeli, és nem függ a száma beeső fotonok, azaz a sveta. intenzitása
Mindegyik vezető jellemez bizonyos elektron kilépési munka értéke AB. Ha a foton energia kisebb, mint a kilépési munka h <АВ . то электроны вылететь за пределы металла не могут. Таким образом, внешний фотоэффект имеет место лишь при условии:
ahol KR - minimális egy adott frekvenciát a fényvezető, amelyen a fényelektromos hatás figyelhető meg. A mennyiség ncurv = AB / h úgynevezett fotoelektromos küszöbértéket. Mivel a frekvencia ν kapcsolatos hullámhossza λ a fény által kapcsolatban: λ = c / ν. ahol C - a fénysebesség, a fotoelektromos küszöbérték néha kifejezve fény hullámhossza: λKR = hc / AB.