Мета роботи

Визначення сталої Планка за допомогою фотоефекту.

2.2. Загальні положення

Явище випускання електронів речовиною під дією світла називається зовнішнім фотоефектом. Фотоефект належить до явищ, в яких виявляються корпускулярні властивості світла. Суть фотоефекту пояснює квантова теорія випромінювання, згідно якої світло випромінюється, поширюється в просторі і поглинається речовиною у вигляді окремих порцій енергії – квантів світла або фотонів. Енергія фотона залежить від частоти світла і визначається добутком сталої Планка на частоту:

.

Нехай на поверхню металу падає потік фотонів. При взаємодії фотона з електроном в твердому тілі енергія фотона може перейти електрону – електрон поглинає квант, тобто набуває енергії, рівної . Частину цієї енергії він витрачає на здійснення роботи виходу А, а решта енергії залишається у нього у вигляді кінетичної.

Електрон, що знаходиться на деякій глибині під поверхнею, витрачає на роботу виходу більшу енергію, чим електрон, що виходить з поверхневого шару. Тому кінетичні енергії електронів, що вилітають з твердого тіла, навіть при монохроматичному освітленні будуть неоднаковими. Якщо під роботою виходу розуміти мінімальне значення енергії, необхідної для виходу електрона з твердого тіла, то максимальна кінетична енергія вирваного електрона може бути визначена з рівняння Ейнштейна

,

(2.1)

Співвідношення (2.1) характеризує енергію лише найбільш швидких електронів, що вириваються з поверхні речовини.

Електрони, що вилітають з катода фотоелемента під дією світла, маючи певну кінетичну енергію, досягають анода, створюючи в замкнутому колі струм. Якщо між анодом і катодом створити електричне поле, приклавши до анода негативний по відношенню до катода потенціал , то можна загальмувати електрони. Електрони, що рухаються від катода до анода, здійснюватимуть роботу проти сил поля за рахунок своєї кінетичної енергії. При досить сильному електричному полі фотоелектрони витратять свою енергію перш, ніж досягнуть анода:

.

(2.2)

Тому при збільшенні напруги анодний струм падає. При деякому значенні (потенціал запирання) навіть найбільш швидкі електрони не попадуть на анод, і анодний струм припиниться. Підставляючи вираз (2.2) в рівняння (2.1), отримаємо

.

(2.3)

З формули (2.3) виходить, що залежить від частоти світла, падаючого на фотоелемент. Ця залежність дозволяє визначити сталу Планка.

Освітлюючи фотоелемент через монохроматичні світлофільтри, визначаемо в кожному випадку затримуючий потенціал. Знаючи частоти і світла, що пропускається світлофільтрами, і відповідні значення затримуючих потенціалів і , обчислюємо сталу Планка:

; .

Віднімаючи почленно з першої рівності другу, отримаємо

,

звідки

.

(2.4)