1

Studiul legilor efectului fotoelectric extern

Scopul lucrării: stabilirea legilor efectului fotoelectric extern printr-un experiment virtual, cu

ajutorul unui soft de simulare a afectului fotoelectric extern..

Teoria lucrării:

Prin efect fotoelectric extern se intelege emisia de electroni dintr-

un material sub actiunea radiatiei electromagnetice incidente. Există şi efect

fotoelectric intern, care constă în generarea unor purtători de sarcină liberi în

interiorul unui semiconductor sub acţiunea radiaţiei electromagnetice.

Efectul fotoelectric extern se studiază cu ajutorul diodei cu vid, pentru

care se trasează caracterisrica current-tensiune.

Caracteristica curent-tensiune, trasată la flux luminos constant şi

frecvenţa radiaţiei constantă.

Pe această caracteristică se disting

următoarele mărimi:

Tensiunea de stopare-valoarea

tensiunii pentru care intensitatea curentului prin diodă se anulează.

Intensitatea curentului fotoelectric de saturaţie – valoarea maximă

atinsă de intensitatea fotocurentului electic(se obţine când toţi electronii emişi de catod ajung la

anod).

Se cunosc următoarele relaţii:

Fluxul radiaţiei:

Intensitatea curentului electric:

Legătura dintre tensiunea de stopare şi energia cinetică maximă a fotoelectronilor:

Legătura dintre lungimea de undă a radiaţiei şi frecvenţa radiaţiei. (viteza luminii în vid

=lungimea de undă a radiaţiei x frecvenţa radaiţiei)

Dispozitivul experimental:

http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

Procedeul experimental/valorificarea rezultatelor

I

UO

f

Uo

2

Sarcină de lucru 1: Pe figura de mai sus, indicaţi prin săgeţi elementele constructive

ale dispozitivului experimental!

Sarcină de lucru 2: În dispozitivul virtual,menţineţi frecvenţa radiaţiei (lungimea de

undă) constantă şi variaţi fluxul radiaţiei incidente. Trasaţi cu ajutorul softului caracteristica

curent-tensiune pentru diferite valori ale fluxului, şi, pe rând, citiţi de pe grafic valorile lui

Isaturaţie şi Ustopare.

Completaţi următorul tabel:

Φ (%) Isaturaţi Ustopare.

25

50

75

Analizaţi valorile obţinute .Cum depinde intensitatea de saturaţie de fluxul de radiaţie?

______________________________________________________________

Sarcină de lucru 3: Trasaţi cele trei caracteristici curent-tensiune, pe acelaşi grafic (pentru aceeaşi frecvenţă a

radiaţiei) .

Sarcină de lucru 4: Completaţi spaţiile libere din enunţul incomplet al legii I a

efectului fotoelectric extern, interpretând rezultatele obţinute la sarcinile de lucru 2 şi 3.

Legea I a afectului fotoelectric extern:

Intensitatea curentului fotoelectric este ………… ………….. cu fluxul radiaţiei

incidente, când ………. radiaţiei rămâne constantă.

Sarcină de lucru 5: În dispozitivul virtual,menţineţi fluxul radiaţiei constant şi variaţi

lungimea de undă a radiaţiei incidente. Trasaţi virtual caracteristica curent-tensiune pentru

fiecare lungime de undă în parte. Completaţi următoarele tabele de valori:

A. Pentru Φ=50%-menţinut constant λ (*10

-9) m υ (*10

14)Hz Ustopare (V) Ec max (*10

-19) J

366

244

122

B. Pentru Φ=100%-menţinut constant

3

λ (*10-9

) m υ (*1014

)Hz Ustopare (V) Ec max (*10-19

) J

366

244

122

Sarcina de lucru 6: Cu ajutorul datelor obţinute la punctul 5, trasaţi graficul

Ec max(υ).

Ce formă are graficul?

Ce dependeţă există între energia cinetică a fotoelectronilor emişi şi frecvenţa radiaţiei incidente?

_______________________________

Sarcina de lucru 7: Cu ajutorul datelor obţinute la punctul 5, trasaţi familia de

caracteristici current-tensiune (caracteristicile obţinute la diferite valori ale frecvenţei de radiaţie, la

flux al radiaţiei incidente constant).

Sarcina de lucru 8: Completaţi spaţiile libere din enunţul incomplet al legii a –II- a a

efectului fotoelectric extern, interpretând rezultatele obţinute la sarcinile de lucru 5 , 6 şi 7.

Legea a II-a a efectului fotoelectric extern:

Energia cinetică a fotoelectronilor creşte ________ cu ________________ radiaţiei

electromagnetice şi _____ ________________ de fluxul acestora.

Sarcina de lucru 9: În dispozitivul virtual cu diodă cu vid, menţineţi constant fluxul

radiaţiei şi modificaţi frecvenţa radiaţiei în mod continuu.

Ce observaţi? ___________________

Efectul fotoelectric extern se produce pentru orice valoare a frecvenţei radiaţiei?

____________________________________

4

Schimbaţi pe rând materialul din care este confecţionat catodul, şi verificaţi producerea efetului

fotoelectric extern pentru diferite frecvenşe ale radiaţiei.

Frecvenţa minimă pentru care se mai produce efect fotoelectric extern se numeşte frecvenţă de

parg.

Sarcina de lucru 10: Completaţi următorul tabel:

Materialul catodului λprag (*10

-9) υ prag(*10

14)Hz

Sarcina de lucru 11: Analizaţi datele din tabelul de mai sus. Frecvenţa de prag este

independent de materialul din care este confecţionat catodul?

_________________

Sarcina de lucru 12: Completaţi spaţiile libere din enunţul incomplet al legii a –III- a

a efectului fotoelectric extern, interpretând rezultatele obţinute la sarcinile de lucru 9, 10 şi 11.

Legea a III-a a efectului fotoelectric extern:

Efectul fotoelectric extern se produce numai dacă frecvenţa radiaţiei incidente este mai

________ sau cel puţin _______ cu o valoare minimă, __________________ fiecărei

substanţe în parte, numită frecvenţă de prag.

Sarcina de lucru 13: Puneţi diode cu vid virtual în stare de funcţionare.Încercaţi să

măsuraţi timpul scurs de la incidenţa radiaţiei pe catod, şi emisia de electroni de către acesta.

Se poate măsura?

De ce?

Sarcina de lucru 14: Completaţi spaţiile libere din enunţul incomplet al legii a –

IV- a efectului fotoelectric extern.

Legea a IV-a a efectului fotoelectric extern:

Efectul fotoelectric extern se produce practic ______________.

5

Organizarea echipei de lucru: Membrii echipei de lucru:

Rolul in echipa Nume si prenume Ce a realizat in echipa

Responsabil

Membru

Membru

Membru

Membru

Scrieti regulile de munca in echipa pe care le-ati stabilit la inceputul activitatii experimentale

sau pe parcurs (folositi lista verbelor puse la dispozitie) ,apreciati gradul de respectare a

acestora si explicati pe scurt modul in care respectarea/nerespectarea regulilor v-a

influentat rezultatul muncii.

Regula Gradul de

respectare

Modul in care v-a influentat

rezultatul muncii

Reflecţia asupra invaţării: Discutati cu coechipierii vostri si raspundeti la urmatoarele intrebari:

a) Ce am invatat azi?

_____________________________________________________

______________________________________________________

_____________________________________________________

b) Ce mi-a placut in activitatea de azi?

_____________________________________________________

______________________________________________________

_____________________________________________________

c) Ce nu mi-a placut in activitatea de azi?

_____________________________________________________

______________________________________________________

d) Ce imi propun pentru viitor?

_____________________________________________________

______________________________________________________

_____________________________________________________

___________________________________________________