Praktikum z atom. a jad. f. |
úloha A9 |
Studium fotoelektrického jevu. Určení Planckovy konstanty.
Studijní text
Pracovní úkol:
- Změřte voltampérové charakteristiky fotonek GKE, GKV.
- Rozborem charakteristik zjistěte, která z nich je vakuová a která je plynem plněná.
- Změřte VA charakteristiky vakuové fotonky pro záporné hodnoty anodového
napětí.
- Zpracováním výsledků měření určete hodnotu Planckovy konstanty.
Základní vztahy a klíčová slova
Fotoefekt vnitřní a vnější, Einsteinův vztah, výstupní
práce, energetická hrana fotoefektu.
Fotonky, zapojení v propustném a závěrném směru [6],[10].
Postup měření
ad 1)
Pro osvětlení použijte rtuťové výbojky s filtrem Hg Mon 546.
Měřte s malými hodnotami osvětlení fotonek. Osvětlení
nastavujte irisovou clonou a volte jej tak, aby proud
fotonkou nepřesáhl 1 uA při maximálním napětí. Měřte v
oboru 0<Ua<60 V.
ad 2)
- Fotonka použitá v našem experimentu má maximum
spektrální citlivosti v ultrafialové oblasti. Při měření
se sodíkovou výbojkou a žlutými čarami rtuti je fotonka
málo citlivá a na pikoampérmetru je tudíž malá výchylka
při zcela otevřené irisové cloně (asi 10 dílků při
nejcitlivějším rozsahu). Proto doporučujeme měřit tak, že
brzdným napětím nastavujeme výchylku pikoampérmetru na
celé dílky stupnice a k těmto hodnotám odečítáme napětí na
voltmetru, jehož stupnice je jemněji dělena.
- Vzhledem k tomu, že se provádí extrapolace na nulovou
hodnotu Ia a závislost anodového proudu na brzdném napětí
je právě v oblasti malých proudů zakřivena, je třeba tuto
část charakteristiky pečlivě proměřit.
- Abychom odstranili možný vliv prostorového náboje na
výsledek měření, je nutné měřit s co možná nejmenší
intensitou osvětlení fotonky (výchylka pikoampérmetru při
nulovém brzdném napětí maximálně třicet dílků stupnice při
nejcitlivějším rozsahu).
- U použité fotonky nelze odstranit malou fotoemisi anody.
Tento jev lze omezit malým osvětlením fotonky, ale v
oblasti malé citlivosti fotonky (žlutá oblast) se přece
projeví. Při extrapolaci na nulovou hodnotu Ia je proto
třeba k tomuto přihlédnout. Ve svém důsledku způsobí
zmenšení přesnosti měření. Přibližný tvar závislosti
Ia = Ia(Ua)
je na obr.1.
Obr. 1 |
Čárkovaně je vyznačena nasycená hodnota proudu Is tekoucího
od anody ke katodě. Tuto hodnotu nutno zjistit u každé
charakteristiky zvlášť. Předpokládáme-li, že v rozhodující
části charakteristiky A, B je tento proud již nasycen, je
možno extrapolovat závislost
Ia = Ia(Ua)
k hodnotě -Is. V
případě neplatnosti předpokladu o nasycení proudu
anoda-katoda v oblasti AB vzniká nepřesnost v
extrapolované hodnotě U0, kterou lze odhadnout asi na
+-0,1 V. Tato hodnota se ovšem případ od případu liší. Je
tedy tředa provést rozbor přesnosti extrapolace pro každou
charakteristiku zvlášť.