LABORATOR DE FIZICĂ – ATOMICĂ -

VERIFICAREA LEGILOR EFECTULUI FOTOELECTRIC EXTERN DETERMINAREA CONSTANTEI LUI PLANK

1. PRINCIPIUL LUCRĂRII: Efectul fotoelectric extern este un proces de interacţiune dintre radiaţia electromagnetică şi substanţă şi constă în emisia de electroni de pe suprafaţa unui metal iradiată cu radiaţie luminoasă. Legile efectului fotoelectric extern nu pot fi explicate pe baza electrodinamicii clasice. Interpretarea cuantică a efectului fotoelectric ca un proces constând dintr-o ciocnire perfect plastică dintre fotonii de radiaţie electromagnetică şi electronii liberi din metale a fost dată de A. Einstein. Conform acestei interpretări, energia Ef = hν a unui foton care participă la acest proces este în parte utilizată pentru efectuarea lucrului mecanic de extracţie (Le) a electronului din metal, restul fiind transferată fotoelectronului sub formă de energie cinetică:

2

20vmLh e +=υ (1)

In acestă lucrare se verifică două din legile efectului fotoelectric extern: -1. Există o frecvenţă minimă (de prag) υ a radiaţiei incidente, sub a cărei valoare electronii nu mai sunt expulzaţi (v = 0). Impunând în relaţia (1) condiţia v = 0 pentru υ υ rezultă:

0= 0

eLh =0υ (2) Frecvenţa de prag, νo şi lucrul de extracţie depind de natura substanţei iradiante. -2. Energia cinetică a fotoelectronilor este proporţională cu frecvenţa radiaţiei incidente. Într-adevăr din relaţia (1) [i (2) rezultă:

( )0

20

2υυ −== hvmEc (3)

Se observă că Ec ≥ 0 pentru υ . υ≥ 0 Dacă se aplică fotoelectronilor un potenţial de frânare, US care să-i oprească la suprafaţa metalului atunci, Ec = eUs şi din relaţia (3) rezultă:

0υυeh

ehU s −= (4)

In această lucrare, utilizând o celulă fotoelectrică se verifică cele două legi în modul următor. Se traseză caracteristica voltampermetrică a celulei cu scopul determinării potenţialului de frânare Uo pentru radia]ii de diferite frecven]e (fig. 1). Reprezentând grafic Us = f (υ) se pune în evidenţă existenţa frecvenţei de prag şi dependenţa liniară a energiei cinetice a fotoelectronilor de frecvenţă, υ (fig. 2) In plus pe baza relaţiei (4), din panta dreptei Us = f (υ) se determină constanta lui Plank a cărei valoare este apropiată de cea obţinută din studiul radiaţiei corpului negru.

U4

U3

U2 U1

ν4

ν3

ν1

ν2

U ν

U

U4

U1 U2 U3

Fig. 1 ν4 ν3 ν2 ν1 ν0

I

LABORATOR DE FIZICĂ – ATOMICĂ -

2.Montaj experimental:

Schema de principiu a montajului experimental utilizat este redată în figura 3.

F

V

G

A

S 220 V220V P KA-

+

2v

TrCFE

Unde: A-alimentator; G-galvanometru; CFE-celulă fotoelectrică; S-sursă de lumină; P-reostat; V-vltmetru; F-filtru culoare; TR-transformator. 3. Modul de lucru şi prelucrarea datelor:

a). Se verifică montajul experimental; b). Se alimentează la tensiune alternativă de 220 V (priză) alimentatorul A şi transformatorul TR; c). Se intercalează între sursa S şi celula fotoelectrică filtrul albastru (υ1 = 5,607 1014 Hz). Se deblochează galvanometrul G. Se citeşte valoarea curentului pentru U = 0. Se măreşte tensiunea U din 5 în 5 diviziuni, citind valorile corespunzătoare ale curentului. Se determină exact valoarea Us, pentru care I = 0. d). Se înlocuieşte filtrul albastru cu filtrele: verde (υ2 = 5,217 1014 Hz), galben (υ3 = 4.831 1014 Hz), roşu (υ4 = 4,098 1014 Hz) şi se repetă operaţiile de la punctul c. e). Se reprezintă grafic, în cadranul II, I = f(U), (vezi fig. 1), şi Us = f(υ), (vezi fig. 2). f). Se determină constanta lui Plank folosind relaţia (4) şi graficul obţinut conform figurii

h eUs=

∆∆υ

g). Se determină frecvenţa de prag υo (conf, fig. 2). Obţional se va utiliza metoda celor mai mici pătrate. h). Se calculează lucrul de extracţie, Le cu ajutorul relaţiei (2), exprimându-se atât în j cât şi în eV.

4.Tabel cu date experimentale:

ν U I Us H υo Le K=0.01

V/div k-3.4 10-8 A/div

Hz div V div A V j/s Hz J eV