Главная страница > Студентам > Java-апплеты

Фотоэлектрический эффект

Недавно отполированная, отрицательно заряженная цинковая пластинка теряет заряд, если подвергается воздействию ультрафиолетового света. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом.

К концу девятнадцатого века тщательные исследования показали, что фотоэлектрический эффект происходит и с другими материалами, но только тогда, когда длина волны достаточно мала. Фотоэлектрический эффект наблюдается ниже некоторого порога длины волны, которая индивидуальна для материала. Тот факт, что свет больших длин волн не влияет на всех из них, даже если он очень интенсивный, казался особенно загадочным для ученых.

Альберт Эйнштейн, наконец, дал объяснения в 1905 году: свет состоит из частиц (фотонов), и энергия такой частицы пропорциональна частоте света. Существует определенное минимальное количество энергии (в зависимости от материала), которые необходимо для того, что бы вырвать электрон с поверхности пластины цинка или другого твердого тела (работа выхода). Если энергия фотона больше, чем это значение, электрон может быть испущен. Из этого объяснения следует результирующее уравнение:

Eкин   =  h f – W

Eкин - максимальная кинетическая энергия испущенного электрона,
h - постоянная Планка (6.626 x 10-34 Дж•с),
f - частота,
W - работа выхода.

Этот Java-апплет имитирует эксперимента по определению постоянной Планка и работы выхода. Единичная спектральная линия отфильтровывается от света ртутной лампы. Этот свет попадает на катод (С) фотоэлемента и вызывает (или нет) эмиссию электронов. Для того, чтобы найти максимальную кинетическую энергию эмитированных электронов необходимо увеличить задерживающее напряжение с помощью подключенного потенциометра так сильно, что бы электроны не достигали анода (А). Вольтметр (синего цвета) показывает величину задерживающего напряжения. Амперметр (красного цвета) показывает достигают ли электроны анода.

В правой части панели можно изменять материал катода, длину волны и задерживающее напряжение. Выводимые значения соотносятся с частотой света и энергетическим балансом фотоэлектрического эффекта. Результаты измерения откладываются на диаграмме частота-напряжение внизу слева. Диаграмма может быть очищена с помощью кнопки на панели.

Оценки из трех серий измерений с помощью диаграммы приведет в трех параллельных линий. Наклон этих линий позволяет вычислить постоянную Планка (h). Работу выхода для соответствующего материала катода (в эВ, т. е. вольт электрон) определяется пересечением линии с вертикальной осью.

© Walter Fendt