Treść zadania

Rozwiązania

• 

  1 0

  eduso 11.3.2013 (01:20)

  Zadanie ze zjawiska fotoelektrycznego
  Dane:
  -materiał katody : cez
  -długości fali świetlnej λ:ultrafioletowej – 254nm; 365 nm; ..; 400 nm
  -zmienić materiał katody
  Obliczyć-szukane :
  -wyznaczyć napięcie hamujące dla różnych długości fal
  -wyznaczyć wykreślnie stałą Plancka- (z wykresu )
  
  
  Ryc. 1 widmo światła widzialnego i niewidzialnego z zakresem granicznym długości fal.
  
  Jeżeli światło wywołuje zjawisko fotoelektryczne to liczba wyrzuconych przez światło elektronów z metalu jest wprost proporcjonalna do strumienia świetlnego padającego na metal. Zjawisko fotoelektryczne będące potwierdzeniem teorii kwantowej światła polega w ogólnym ujęciu na przemieszczaniu się elektronów w materii pod wpływem energii dostarczanej przez fotony promieniowania. W metalach światło wywołuje zjawisko fotoelektryczne zwane zewnętrznym ,polegające na tym , że fotony posiadające dostateczną
  energię E = h x ν wyrzucają elektrony z metalu (ν- jest częstością drgań świetlnych a h-stałą Plancka równą 6,6 x 10-27 erg.sek).
  
  W naszym zadaniu mamy do czynienia z katodą z cezu czyli z najprostszym elementem fotokomórki , która składa się z bańki szklanej dokładnie opróżnionej z powietrza w której wewnętrzna cześć powierzchni jest pokryta właśnie tym metalem. Oprócz tego anodę stanowi zatopiony cienki drucik.
  
  PRZYRZĄDY :
  Zadanie jest czysto doświadczalne czyli należy skonstruować stanowisko do badania fotokomórki gdzie przyrządami pomocnymi będą : fotokomórka z katodą cezowa, ława optyczna, żarówka z elektrodą wolframową; źródło napięcia stałego min 110 V, miliamperomierz; woltomierz, opornica dekadowa; przewody elektryczne, opornica suwakowa ; wyłącznik , przełącznik kołyskowy , ekran z otworem.; spektroskop, luneta obserwacyjna w razie konieczności fotometr Bunsena.
  Czyli w świetle powyższego budujemy schemat obwodu fotokomórki :
  
  Pomiędzy warstwą metalu (cezu ) a drucikiem przyłożono napięcie dane przez baterię B.
  Za pomocą opornicy suwakowej będziemy zmieniać wartość natężenia prądu płynącego w obwodzie a tym samym napięcie pomiędzy elektrodami fotokomórki.
  
  Związek pomiędzy energią padającego fotonu a energią kinetyczną wyzwolonego elektronu określa się równaniem :
  h x ν = ( mv2)/2 + L gdzie :
  L--- praca wyjścia –czyli praca potrzebna do wyrwania elektronu z metalu.
  v- prędkość wyzwolonego elektronu
  m- masa elektronu
  Podstawowe pojęcia fotometrii to strumień świetlny, natężenie źródła światła ; oświetlenie.
  Przy stałym natężeniu oświetlenie jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła:
  E = (J/ r2 )x cosϕ tzw. prawo Lamberta ( 1)
  Żarówka służąca do oświetlania fotokomórki może być uważana jako ciało doskonale czarne. Rozkład widmowy takiego źródła tj. zależność zdolności emisyjnej od długości fali
  λ =c/ v jest określona wzorem Plancka :
  
  E1 (v , T ) = A x [ ( h x v5)/ ( c3 x e hv/kT -1 )] (2)
  T- temperatura bezwzględna źródła
  c- prędkość światła
  h- stała Plancka
  k- stała Boltzmana (k= 1,38x10-16 [ erg/stopień]
  Jeśli w określonej odległości od komórki umieścimy źródło światła o znanym natężeniu I1 ,to w obwodzie jw. popłynie prąd o natężeniu i1. Umieszczając inne źródło światła w tej samej odległości o nieznanym natężeniu I2 odczytamy na skali mikroamperomierza natężenie prądu elektrycznego i2. Stad ze znanego prawa fotometrii mamy , że :
  
  I2/ I1 = i2 / i1
  stąd I2= I1 x (i2 / i1 )
  Posługując się teraz zmiennością oporności czyli podawaniu w obwodzie regulowanych napięć wzbudzanych prądów możemy doświadczalnie wyznaczyć szukane dane. Napięciem hamującym będzie taka wartość zmienności opornicy przy którym wskazanie miliamperomierza będzie równa zeru-czyli żaden prąd nie popłynie.
  Algebraicznie stała Plancka wyznaczymy i sprawdzimy poprzez przekształcenie wzoru ( 2) dla katody cezowej lub wolframowej dla konkretnych długości fal.
  Tablica z charakterystycznymi danymi dla Cs – cezu:
  Jest to bardzo rzadki srebrzysty metal o własnościach alkaicznych.L.A-55
  
  Liczba elektronów: 55
   Liczba neutronów: 78
  
   Elektroujemność (Allred-Rochow, Pauling): 0.86, 0.79
  Stopień utlenienia: +1
  Przewodność elektryczna: 50*105 1/( *m)
  Gęstość (293 K): 1.873 g/dm3
  Temperatura topnienia: 804°C, 1077 K
  Temperatura wrzenia: 3470°C, 3743 K
  Ciepło właściwe: 32.21 J/(mol*K)
  Ciepło topnienia: 2.09 kJ/mol
  Ciepło parowania: 67.74 kJ/mol
  Przewodność cieplna: 35.9W/(m*K)
  
  Po wykonaniu doświadczenia i zestawienia wynikó w tabeli sporządzimy wykres i wyznaczymy stałą Plancka wykreślnie.

  Załączniki

  • zadanie_ze_zjawiska_fotoelektrycznego.docx (43 KB)

  Dodawanie komentarzy zablokowane - Zgłoś nadużycie