Краткая теория и методика измерений

 

Электроны, вылетающие из фотокатода фотоэлемента под действием падающего света, обладают кинетической энергией и, достигая анода, создают во внешней замкнутой цепи ток.

Если в этот момент между анодом и катодом создать электрическое поле, которое тормозит фотоэлектроны, то ток будет уменьшаться. Такое тормозящее поле создается путем прикладывания к аноду отрицательного напряжения, и этот метод задерживающего потенциала обычно используется для измерения максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.

Действительно, при увеличении абсолютного значения отрицательного потенциала на аноде  ток фотоэлектронов падает и при некотором значении  (потенциал запирания) даже самые быстрые фотоэлектроны не смогут достигнуть анода, и ток в цепи прекращается. Таким образом, оказывается, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов  (1) связана с потенциалом запирания  таким соотношением:

                                           (2)

Для экспериментальной проверки закона Эйнштейна в лабораторной работе измеряется зависимость электронного тока фотоэлемента от величины отрицательного задерживающего потенциала  на аноде. Полученная в эксперименте зависимость фототока от задерживающего потенциала, как правило, представляет собой кривую, плавно подходящую к оси абсцисс (рис. 95). Это обусловлено разбросом вылетающих из фотокатода электронов по скоростям, что в значительной степени затрудняет получение точного значения запирающего потенциала

                               

Рис. 95. Вольтамперная характеристика фотоэлемента

Рис. 96. Зависимость потенциала запирания  от частоты излучения.

 

Для определения потенциала запирания  предлагается подход, заключающийся в экстраполяции линейного участка вольтамперной характеристики до пересечения с осью абсцисс, как это показано штриховой линией на рис. 95.

Из выражений (1) и (2) следует, что запирающий потенциал  находится в прямой пропорциональной зависимости от частоты света , падающего на фотоэлемент:

                                     или                                      (3)

Таким образом, построив вольтамперную характеристику фотоэлемента при различных длинах волн падающего излучения и определив по ним потенциал запирания , можно убедиться в линейном характер зависимости . Тангенс угла наклона линейной зависимости  к оси частот даёт оценку постоянной Планка . Пересечение этой прямой с осью частот даёт значение граничной частоты , а отрезок, отсекаемый на оси , определяет работу выхода электронов  из данного материала (рис. 97).