Studium fotoelektrického jevu

Podobné dokumenty
Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Na základě toho vysvětlil Eisnstein vnější fotoefekt, kterým byla platnost tohoto vztahu povrzena.

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

OPTIKA Fotoelektrický jev TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

ZÁKLADNÍ POJMY KVANTOVÉ FYZIKY, FOTOELEKTRICKÝ JEV. E = h f, f je frekvence záření, h je Planckova

5. Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

Charakteristika a mrtvá doba Geiger-Müllerova počítače

Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

Určení Planckovy konstanty pomocí fotoelektrického jevu

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Fotoelektrické snímače

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Fotoelektrický jev a Planckova konstanta

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Ing. Stanislav Jakoubek

Charakteristiky optoelektronických součástek

STUDIUM FOTOEFEKTU A STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY. 1) Na základě měření vnějšího fotoefektu stanovte velikost Planckovy konstanty h.

9. Fyzika mikrosvěta

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

24 Fotoelektrický jev a Planckova konstanta

Měření absorbce záření gama

Praktikum III - Optika

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka

1. Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky vakuové diody (EZ 81) a Zenerovy diody (KZ 703).

Digitální učební materiál

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE III

16. Franck Hertzův experiment

Fotovodivost. Destička polovodiče s E g a indexem lomu n 1. Dopadající záření o intenzitě I 0 a hν E g. Do polovodiče pronikne záření o intenzitě:

Praktikum II Elektřina a magnetismus

FYZIKA 4. ROČNÍK. Kvantová fyzika. Fotoelektrický jev (FJ)

Dualismus vln a částic

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

Detektory optického záření

Experimenty z magnetismu a z fyziky mikrosvěta

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

11 Termická emise elektronů

1. Zadání Pracovní úkol

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (40) Zveřejněno N

J = S A.T 2. exp(-eφ / kt)

Měření povrchového napětí

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 3

Fyzikální praktikum č.: 2

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů. Abstrakt

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

Rozměr a složení atomových jader

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

VÍTEJTE V MIKROSVĚTĚ

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Nesamostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Vakuové součástky. Hlavní dva typy vakuových součástek jsou

1 Základní pojmy a vztahy

ELEKTRONIKA PRO ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

Úloha č.9 - Detekce optického záření

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Solární elektrárna Struhařov

Počátky kvantové mechaniky. Petr Beneš ÚTEF

- studium jevů pozorovaných při průchodu světla prostředím: - absorpce - rozptyl (difúze) - rozklad světla

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

4.3. Kvantové vlastnosti elektromagnetického záření

Praktikum II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úloha č. 11. Název: Charakteristiky diod

Praktikum III - Optika

Přednáška 4. Úvod do fyziky plazmatu : základní charakteristiky plazmatu, plazma v elektrickém vf plazma. Doutnavý výboj : oblasti výboje

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

Fyzikální praktikum...

10. Energie a její transformace

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

Optika Elektromagnetické záření

Fyzikální praktikum 3. Studium činnosti fotonásobiče

Název: Polovodiče zkoumání závislosti odporu termistoru a fotorezistoru na vnějších podmínkách

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Fyzikální praktikum 3 Studium činnosti fotonásobiče

Úloha 21: Studium rentgenových spekter

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V PLYNU, SAMOSTATNÝ A NESAMOSTATNÝ VÝBOJ

Fotoelektrické snímače

Studium klopných obvodů

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Televizní snímací součástky vakuové a polovodičové

Elektronový obal atomu

Maturitní témata fyzika

Transkript:

Studium fotoelektrického jevu Úkol : 1. Změřte voltampérovou charakteristiku přiložené fotonky 2. Zpracováním výsledků měření určete hodnotu Planckovy konstanty Pomůcky : - Ampérmetr TESLA BM 518 - Školní digitální voltmetr - Stabilizovaný napájecí zdroj - Zdroj světla - Fotonka Teorie : Rozlišujeme dva druhy fotoefektu: fotoefekt vnitřní a vnější. Při vnitřním fotoefektu dochází v látce vlivem opadajícího elektromagnetického záření k uvolnění nositelů elektrického proudu, které zůstávají uvnitř látky. Vnitřního fotoelektrického jevu se využívá u polovodičových fotonek a fotoodporů. V případě vnějšího fotoefektu čili fotoemise dochází k emisi elektronů z povrchu elektrody, na kterou dopadá elektromagnetické záření. Na vnějším fotoefektu je založena činnost vakuových a plynových fotonek. V této úloze se budeme zabývat výhradně vnějším 1 / 7

fotoefektem. Výklad fotoefektu na základě klasických představ se nepodařilo uvést do shody s výsledky experimentů. Einstein ukázal, že všechny obtíže zmizí, jestliže opustíme vlnové představy o světle a zaujmeme čistě korpuskulární stanovisko. Jestliže považujeme světlo za proud fotonů o energii hn, kde h je Planckova konstanta, n frekvence dopadajícího světla, je výklad fotoelektrického jevu následující. Pohlcený foton předá svou energii elektronu. Jestliže tato energie je dostatečně velká, překoná elektron vazebné síly a vystoupí z povrchu kovu. Protože pravděpodobnost současného zásahu jednoho elektronu dvěma fotony je velmi malá, můžeme předpokládat, že uvolněný elektron obdržel energii od jednoho fotonu. Známá fotoelektrická rovnice Einsteinova může být pak chápána jako zákon zachování energie pro proces výměny energie foton elektron: kde hn je energie dopadajícího fotonu, W 1 energie potřebná k odtržení elektronu z elektronového obalu atomu (ionizační energie), A energie nutná k tomu, aby elektron opustil hraniční oblast povrchu tělesa (výstupní práce) a E kinetická energie uvolněného elektronu. k Pro kovovou katodu lze uvažovat ionizační energii vzhledem k velkému počtu volných elektronů za nulovou. Pak dostává Einsteinova fotoelektrická rovnice tvar: Z tohoto výsledku je zřejmé, že elektron nemůže překonat hraniční oblast, pokud energie hn, kterou mu předá foton, není stejná nebo větší než výstupní práce. Existuje tedy pro každý kov jistá minimální frekvence n min při níž ještě k emisi elektronů z 2 / 7

povrchu daného kovu dochází: Při frekvencích menších než n min se fotoefekt neobjeví. Protože Einsteinova rovnice je přímým důsledkem kvantové představy o světle, lze její ověření považovat za jeden z důkazů kvantové povahy světla. Charakteristika fotonek Vakuové nebo plynové fotonky mohou být provedeny jako skleněná baňka, v níž je umístěna anoda, např. ve formě drátěné smyčky. Baňka je vyčerpána na vysoké vakuum a v případě plynové fotonky naplněna vhodným inertním plynem (např. argonem pod tlakem 10kPa ). Vnitřní povrch baňky je postříbřen (s vyjímkou okénka pro vstup světla) a na stříbrném podkladě proti vstupnímu okénku je nanesena fotokatoda. Pro dosažení větší citlivosti se používá fotokatod se složitější strukturou, které se připravují vhodnými technologickými postupy a obsahují např. Cs, Ag, Sb, jejich oxidy aj. Má-li anoda vůči katodě kladné napětí U, protéká fotonkou při osvětlení katody proud I. Budeme se zabývat nejprve vakuovými fotonkami. Vtom případě závisí proud I na napětí U podobně jako u diody se žhavenou katodou při malých napětích je proud omezován prostorovým nábojem a roste s rostoucím napětím U, při vyšších napětích dostáváme oblast nasyceného proudu, kde se proud s rostoucím napětím téměř nemění. 3 / 7

Určení Planckovy konstanty z fotoefektu Toto stanovení Planckovy konstanty h je založeno na Einsteinově vztahu Zjistíme-li hodnotu E k pro několik monochromatických záření s různými frekvencemi n, lze ze směrnice přímkové závislosti E k=e k (n) určit Planckovu konstantu. Hodnotu E k lze stanovit, proměříme-li závislost proudu fotonky při záporných napětích anody vůči katodě. Elektrické pole v tomto případě brzdí pohyb elektronů, takže pouze elektrony s kinetickou energií větší než eu dopadnou na anodu (e značí náboj elektronu, U závěrné napětí). Se zvětšováním tohoto napětí tedy proud klesá k nule. Pro napětí větší než je kritická hodnota U 0 daná vztahem je proud nulový, protože ani elektrony s maximální energií E k nepřekonají brzdné pole. Kombinací rovnic (4) a (5) dostáváme: Ze závislosti U 0 =U 0 (n) je nyní možné použitím tabulkové hodnoty e určit Planckovu konstantu. 4 / 7

Tabulka : V-A charakteristika fotonky λ = 550 [nm] λ = 600 [nm] U [V] I 1 [na] I 2 [na] 5 / 7

Plancova konstatnta λ [nm] U [V] h [Js] 10-34 Graf : V-A charakteristiky fotonky pro různé vlnové délky záření. 6 / 7

Teoretický (Atomová a rozbor jaderná převzatý fyzika). z PF knihy JU ŠPATENKA, České Budějovice, P., KALČÍK, 1989. J.: Fyzikální praktikum IV 7 / 7