Πείραμα Το Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο: Σταθερά του Planck

Σχετικά έγγραφα
ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΑΘΕΡΑΣ ΤΟΥ PLANCK

ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ: Μελέτη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, προσδιορισμός της σταθεράς του Planck, λειτουργία και χαρακτηριστικά φωτολυχνίας

ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

Φωτοηλεκτρικό Φαινόµενο Εργαστηριακή άσκηση

ΑΣΚΗΣΗ 10. Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Μέτρηση σταθεράς του Planck

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

Ακτίνες Χ (Roentgen) Κ.-Α. Θ. Θωμά

ΑΣΚΗΣΗ 10. Φωτοηλεκτρικό φαινόµενο Μέτρηση σταθεράς του Planck

Α1. Πράσινο και κίτρινο φως προσπίπτουν ταυτόχρονα και µε την ίδια γωνία πρόσπτωσης σε γυάλινο πρίσµα. Ποιά από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή:

ΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ & Τ/Υ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ - ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ & LASER

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΦΑΣΜΑΤΩΝ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΑΕΡΙΩΝ

ΣΥΣΚΕΥΗ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΟΔΗΓΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Α

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΟΡΟΣΗΜΟ ΘΕΜΑ Δ. Δίνονται: η ταχύτητα του φωτός στο κενό c 0 = 3 10, η σταθερά του Planck J s και για το φορτίο του ηλεκτρονίου 1,6 10 C.

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΘΕΜΑ Α. ηλεκτρική ισχύ. Αν στα άκρα του βραστήρα εφαρμόσουμε τριπλάσια τάση ( ), τότε η ισχύς που καταναλώνει γίνεται :

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ 2/6/2005 ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΑΣΚΗΣΗ 5. Ερωτήσεις προετοιμασίας (Να απαντηθούν στην εργαστηριακή αναφορά)

ΦΑΣΜΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΛΑΜΠΤΗΡΑ ΠΥΡΑΚΤΩΣΕΩΣ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΥΤΕΡΑ 18 MAΪΟΥ 2009 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ

ΣΩΜΑΤΙ ΙΑΚΗ ΦΥΣΗ ΦΩΤΟΣ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 4 ΙΟΥΝΙΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝ. ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑ 1 ο.

Γ ΚΥΚΛΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΙΚΩΝ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΩΝ Προτεινόμενα Θέματα Γ ΓΕΛ Φεβρουάριος Φυσική ΘΕΜΑ Α

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

είναι τα μήκη κύματος του φωτός αυτού στα δύο υλικά αντίστοιχα, τότε: γ. 1 Β) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΣΥΝΕΧΩΝ ΦΑΣΜΑΤΩΝ ΕΚΠΟΜΠΗΣ & ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΣΤΕΡΕΟΥ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s.

Ακτίνες επιτρεπόμενων τροχιών (2.6)

γ ρ α π τ ή ε ξ έ τ α σ η σ τ ο μ ά θ η μ α Φ Υ Σ Ι Κ Η Γ Ε Ν Ι Κ Η Σ Π Α Ι Δ Ε Ι Α Σ B Λ Υ Κ Ε Ι Ο Υ

Το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο: Προσδιορισµός της σταθεράς του Planck και του έργου εξαγωγής φωτο-ηλεκτρονίων

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-4, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα, το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

Ακτίνες Χ. Θέμα Δ. Για διευκόλυνση στους υπολογισμούς σας να θεωρήσετε ότι: hc J m

προς τα θετικά του x άξονα. Ως κύμα η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (άρα και το φως) ικανοποιούν τη βασική εξίσωση των κυμάτων, δηλαδή: c = λf (1)

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ. 3. Ισότοποι ονοµάζονται οι πυρήνες που ανήκουν στο ίδιο χηµικό στοιχείο και έχουν τον ίδιο: α. µαζικό αριθµό β.

ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 5 Απρίλη 2015 Φως - Ατοµικά Φαινόµενα - Ακτίνες Χ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙΔΕΣ

Το ατομικό πρότυπο του Βohr μπορεί να περιγράψει το γραμμικό φάσμα των στοιχείων α. Α και Β β. Β και Γ γ. μόνο του Α δ. μόνο του Β.

και προσπίπτει σε ακίνητο άτομο υδρογόνου που αρχικά βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση.

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β )

δ. διπλάσιος του αριθµού των νετρονίων του πυρήνα του ατόµου.

ΠΕΙΡΑΜΑ FRANK-HERTZ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ ΕΝΟΣ ΑΤΟΜΟΥ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΠΡΟΤΥΠΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

Όλα τα θέματα των εξετάσεων έως και το 2014 σε συμβολή, στάσιμα, ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ανάκλαση - διάθλαση Η/Μ ΚΥΜΑΤΑ. Ερωτήσεις Πολλαπλής επιλογής

1ο Επαναληπτικό Διαγώνισμα Φυσικής Γενικής Παιδείας Β τάξης Λυκείου.

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Μονάδες Το γραμμικό φάσμα του ατόμου του υδρογόνου ερμηνεύεται με

ΘΕΜΑ Β Β.1 Α) Μονάδες 4 Μονάδες 8 Β.2 Α) Μονάδες 4 Μονάδες 9

ΑΣΚΗΣΗ 15 Μελέτη φωτοδιόδου (φωτοανιχνευτή) και διόδου εκπομπής φωτός LED

3. Ισότοποι ονοµάζονται οι πυρήνες που ανήκουν στο ίδιο χηµικό στοιχείο και έχουν τον ίδιο: α. µαζικό αριθµό β. ατοµικό αριθµό

10. Το ορατό φως έχει μήκη κύματος στο κενό που κυμαίνονται περίπου από: α nm β. 400nm - 600nm γ. 400nm - 700nm δ. 700nm nm.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙΔΕΣ

ιστοσελίδα μαθήματος

ευτέρα, 18 Μαΐου 2009 Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΕΥΤΕΡΑ 18 MAΪΟΥ 2009 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ (6)

ΘΕΜΑ Α Στις ερωτήσεις Α1 Α4 να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

6.1 ΜΕΛΕΤΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ. Φασματοσκόπιο σταθερής εκτροπής, λυχνία Hg υψηλής πίεσης, λυχνία Ne, τροφοδοτικά, πηγή 12V DC, ρυθμιστική αντίσταση.

Niels Bohr ( ) ΘΕΜΑ Α

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ. Άσκηση 3: Πείραμα Franck-Hertz. Μέτρηση της ενέργειας διέγερσης ενός ατόμου.

Α.3. Δίνονται οι πυρήνες Α, Β, Γ με τις αντίστοιχες ενέργειες σύνδεσης ανά νουκλεόνιο.

ÖÑÏÍÔÉÓÔÇÑÉÏ ÈÅÙÑÇÔÉÊÏ ÊÅÍÔÑÏ ÁÈÇÍÁÓ - ÐÁÔÇÓÉÁ

Γραμμικά φάσματα εκπομπής

ΕΝΙΑΙΕΣ ΓΡΑΠΤΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΛΥΚΕΙΩΝ 2005

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΜΕΛΕΤΗ ΚΒΑΝΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΩΣΕΩΝ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ Na

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με λ [ m] (ή 0,01-10Å) και ενέργεια φωτονίων kev.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ II. ΤΟ ΦΩΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ BOHR Ν. ΜΠΕΚΙΑΡΗΣ

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΙΟΥΝΙΟΥ 2012 ΜΑΘΗΜΑ :ΦΥΣΙΚΗ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ :25 / 5 / 2012 ΧΡΟΝΟΣ : 2,5 ΩΡΕΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ :. ΤΜΗΜΑ :... ΑΡ :. ΒΑΘΜΟΣ:..

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 29 ΜΑΙΟΥ 2004

Εργαστηριακή άσκηση 1: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΣΥΝΕΧΩΝ & ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΦΑΣΜΑΤΩΝ Τροποποίηση του εργαστηριακού οδηγού (Βαγγέλης ηµητριάδης, 4 ο ΓΕΛ Ζωγράφου)

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 η - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 14/09/2014 ΘΕΜΑ Α

Περι - Φυσικής. ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 5 Απρίλη 2015 Φως - Ατοµικά Φαινόµενα - Ακτίνες Χ. Θέµα Α. Ενδεικτικές Λύσεις

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

[1] ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΤΑΞΗ : B ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2017

Εργαστηριακή Άσκηση 14 Μέτρηση του λόγου e/m του ηλεκτρονίου.

Πείραμα - 6 Η ηλεκτρική αγωγιμότητα και η μέτρηση του ενεγειακού χασματος στο Γερμάνιο

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

Transcript:

Πείραμα - 10 Το Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο: Σταθερά του Planck

Το Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και ο καθορισμός της σταθεράς του Planck 1.1 Αρχή της άσκησης Ο σκοπός του πειράματος είναι η μελέτη του φωτοηλεκτρικού φαινόμενου και ο καθορισμός της σταθεράς του Planck μέσω της μέτρησης της κινητική ενέργειας των ηλεκτρονίων σαν συνάρτηση της συχνότητας του φωτός. Βιβλιογραφία: Κεφάλαια: 1. Φώς 2. Στοιχεία της φυσικής στερεάς κατάστασης 7. Φωτοανιχνευτές 1.1.1 Επί μέρους σκοποί της άσκησης 1. Να καταγραφεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. 2. Να μετρηθεί η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων σαν συνάρτηση της συχνότητας του φωτός. 3. Να καθοριστεί η σταθερά του Planck. 2

1.2 Περιγραφή της συσκευής μέτρησης Η συσκευή μέτρησης φαίνεται στα Σχήματα 1 και αποτελείται κυρίως από τις ακόλουθες συσκευές: 1. Λαμπτήρας Hg 2. Κάλυμμα 3. Συγκλίνων φακός 4. Σχισμή 5. Φακός 6. Πρίσμα 7. Κάτοπτρο 8. Τερματικά για ηλεκτρικές συνδέσεις. 8.1 BNC: κάθοδος, 8.2: άνοδος 9. Οδηγός 10. Συγκλίνων φακός με σχισμή 11. Φωτοκύτταρο 12. Κάλυμμα 3

1.3 Θεωρία και υπολογισμοί Στις αρχές του 20ου αιώνα ήταν γνωστό πειραματικά πως, όταν το ορατό ή το υπεριώδες φως προσπέσει πάνω σε μια μεταλλική επιφάνεια (π.χ. νατρίου), εκπέμπονται φωτοηλεκτρόνια από την επιφάνεια. Το φαινόμενο δεν προκαλούσε έκπληξη γιατί οι φυσικοί ήξεραν, ότι το ηλεκτρικό πεδίο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας θα μπορούσε να εξασκήσει δύναμη πάνω στα ηλεκτρόνια της μεταλλικής επιφάνειας κι έτσι μερικά από αυτά μπορούν να ξεφύγουν από το μέταλλο. Στην κλασσική θεωρία πίστευαν ότι αυξάνοντας την ένταση, δηλαδή το πλάτος του ηλεκτρικού πεδίου της ακτινοβολίας, τα φωτοηλεκτρόνια θα επιταχύνονταν σε μεγαλύτερες ταχύτητες και θα ξέφευγαν από το μέταλλο. Τα πειραματικά αποτελέσματα όμως, δεν συμφωνούσαν με την πιο πάνω υπόθεση. Διαπίστωναν ότι η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων ήταν ανεξάρτητη από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και εξαρτιόταν από το μήκος κύματος της ή αλλιώς ήταν ανάλογη με την συχνότητα της ακτινοβολίας. Αυξάνοντας την ένταση του φωτός, αυξάνόταν ο αριθμός των φωτονίων ανά μονάδα χρόνου που εκπέμπονται από τη πηγή, αλλά όχι και η ενέργεια τους. Ακριβείς μετρήσεις της σχέσης μεταξύ της συχνότητας και της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων που εκπέμπονται, έγιναν το 1916 από τον R.Millikan. Η φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein Το 1905 ο Einstein πρότεινε μια διαφορετική εξήγηση του φαινομένου βασισμένη στη θεωρία του Planck για τα κβάντα φωτός. Η ενέργεια του κβάντου: E h (1) ( h : Η σταθερά του Planck, : η συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας) μπορεί να μεταφερθεί στο ηλεκτρόνιο, ενώ αυτό βρίσκεται ακόμη μέσα στο μέταλλο. Αν W είναι το έργο εξαγωγής για την απομάκρυνση του ηλεκτρονίου από το μέταλλο, τότε η κινητική του ενέργεια μόλις αποσπασθεί είναι: E h W (2) kin Η ποσότητα W είναι γνωστή σαν έργο εξαγωγής του υλικού, ανεξάρτητη της συχνότητας και χαρακτηριστική σταθερά του υλικού. Η παραπάνω εξίσωση είναι η περίφημη φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein για την οποία πήρε το βραβείο Νόμπελ το 1921. Η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που φεύγουν από το μέταλλο είναι ανάλογη της συχνότητας αλλά ανεξάρτητη της έντασης. Έτσι μπόρεσε να εξηγήσει ένα φαινόμενο που η κλασσική φυσική, με την θεωρία του Maxwell, αδυνατούσε να ερμηνεύσει. 4

Αρχή λειτουργίας Για να υπολογιστεί η σταθερά του Planck ένα φωτοηλεκτρικό κύτταρο εκτίθεται σε μια μονοχρωματική δέσμη φωτός που λαμβάνεται μέσω ενός πρίσματος από το φως λαμπτήρα ατμών υδραργύρου. Έπειτα καταγράφεται η κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων, E. kin Σχήμα 1 - Σχηματική αναπαράσταση πειράματος για μέτρηση της σταθεράς του Planck χρησιμοποιώντας το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Στο Σχήμα 1 φαίνεται το σχηματικό διάγραμμα της πειραματικής διάταξης. Η μονοχρωματική ακτινοβολία προσπίπτει σε μια μεταλλική φωτοευαίσθητη επιφάνεια από κάλιο (κάθοδος Κ) από την οποία προκαλείται η απόσπαση φωτοηλεκτρονίων. Επειδή το κάλιο έχει χαμηλό έργο εξαγωγής, είναι πολύ καλό υλικό για την κατασκευή της καθόδου. Τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια ενέργειας Ekin φτάνουν σε ένα κυκλικό συλλέκτη από πλατίνα (άνοδος Α) και καταγράφονται σαν φωτοηλεκτρικό ρεύμα Ι. Εάν εφαρμόσουμε στην άνοδο ένα αυξανόμενο αρνητικό δυναμικό V σε σχέση με την κάθοδο, τα φωτοηλεκτρόνια θα επιβραδύνονται και το ρεύμα θα μειώνεται. Καθώς αυξάνεται το δυναμικό αυτό, θα φτάσει μία τιμή U0 όπου το ρεύμα θα μηδενιστεί τελείως. Σε αυτό το σημείο όλα τα ηλεκτρόνια, ακόμα και αυτά με τους πιο ασθενείς δεσμούς, δηλ. με την πιο μικρή ενέργεια σύνδεσης και έτσι με τη μεγαλύτερη κινητική ενέργεια, δεν μπορούν να υπερβούν την ανοδική τάση. Σ αυτό το πείραμα η τάση ανόδου δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα πυκνωτή ο οποίος φορτίζεται από τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια μέχρι την τιμή U 0. Χρησιμοποιώντας το U0 μπορούμε να υπολογίσουμε την κινητική ενέργεια των προαναφερομένων ηλεκτρονίων με την πιο μικρή ενέργεια σύνδεσης: Ekin eu (3) 0 Όπου e το στοιχειώδες φορτίο του ηλεκτρονίου. Έτσι, eu h W (4) 0 Από την κλίση της γραφικής παράστασης U0 σαν συνάρτηση της συχνότητας μπορεί να υπολογιστεί η σταθερά του Planck h. 5

1.4 Εκτέλεση του πειράματος Η πειραματική διάταξη αποτελείται από δύο πηγές φωτός και τα συστήματα ανάλυσης τους, ένα φωτοκύτταρο κενού και την μονάδα μέτρησης του δυναμικού αποκοπής των φωτοηλεκτρονίων. Η πειραματική συσκευή φαίνεται στο Σχήμα 2 και αποτελείται από τα εξής: Σχήμα 2 Οπτική Συσκευή. 1. Λαμπτήρας Hg και LED λευκού φωτός 2. Κάλυμμα 3. Συγκλίνων φακός 4. Σχισμή 5. Φακός 6. Πρίσμα 7. Κάτοπτρο 8. Τερματικά για ηλεκτρικές συνδέσεις. 8.1 BNC: κάθοδος, 8.2: άνοδος 9. Οδηγός 10. Συγκλίνων φακός με σχισμή 11. Φωτοκύτταρο 12. Κάλυμμα 13. Φίλτρα για χρήση με το LED Φασματικές Γραμμές Υδραργύρου (Hg) Κίτρινο Πράσινο Κυανούν Ιώδες Υπεριώδες 578 nm 546 nm 436 nm 405 nm 365 nm 6

Πείραμα Α. Πηγή φωτός Λυχνία υδραργύρου. Σε αυτό το πείραμα θα χρησιμοποιήσετε μια λυχνία υδραργύρου ως πηγή φωτός. Η λυχνία υδραργύρου εκπέμπει ένα σύνολο φασματικών γραμμών, οι συχνότητες των οποίων είναι γνωστές με ακρίβεια. Θα χρησιμοποιήσετε πέντε από αυτές οι οποίες είναι αρκετά ισχυρές. Η δέσμη φωτός από την λυχνία περνάει μέσα από μια σχισμή, στη συνέχει γίνεται παράλληλη με τη βοήθεια φακών και προσπίπτει σε ένα πρίσμα όπου αναλύεται στις φασματικές γραμμές. Μετά το πρίσμα σε κάποια απόσταση, βρίσκεται το φωτοκύτταρο. Περιστρέφοντας τον οδηγό (9)μπορεί να επιλεγεί μια συγκεκριμένη φασματική γραμμή να προσπέσει στο φωτοκύτταρο. Πείραμα Β. Πηγή φωτός LED λευκού φωτός Σε αυτό το πείραμα η λυχνία υδραργύρου αντικαθιστάται με ένα ειδικό LED που εκπέμπει συνεχές φάσμα. Για την επιλογή ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος χρησιμοποιούνται τα ζωνοδιαβατά φίλτρα (Band Pass filters) που τοποθετούνται στην πορεία της φωτεινής δέσμης. Μέτρηση της τάσης αποκοπής Σημειώστε ότι το επιβραδυντικό δυναμικό δημιουργείται από τα ίδια τα φωτοηλεκτρόνια που καταφθάνουν στην άνοδο και τη φορτίζουν αρνητικά. Έτσι το δυναμικό της ανόδου πλησιάζει ασυμπτωτικά της τιμή U0 και σταθεροποιείται στην τιμή αυτή. Ταυτόχρονα, η ροή των ηλεκτρονίων που καταφθάνουν στη άνοδο ασυμπτωτικά μηδενίζεται. Στην ιδανική περίπτωση, όταν επέλθει ισορροπία, κανένα από τα ηλεκτρόνια δεν μπορεί να φτάσει στην άνοδο. Στην πράξη όμως, ένα μικρό μέρος του ηλεκτρικού φορτίου διαφεύγει από την άνοδο, ακόμα και όταν αυτή μονώνεται πολύ καλά. Εξαιτίας αυτής της διαρροής, το δυναμικό της ανόδου ισορροπεί σε μια τιμή που είναι λίγο μικρότερη του δυναμικού αποκοπής, επιτρέποντας σε ένα μικρό μέρος των ταχύτερων ηλεκτρονίων να καταφθάνουν στην άνοδο για να καλύψουν τη διαρροή. Η ισορροπία του συστήματος θα διαταραχθεί δραστικά, αν για τη μέτρηση του δυναμικού της ανόδου χρησιμοποιηθεί ένα κοινό βολτόμετρο. Το ρεύμα κατανάλωσης του οργάνου λειτουργεί ως σημαντική διαρροή, με επακόλουθο 7

μία πολύ λανθασμένη μέτρηση του δυναμικού αποκοπής. Για το λόγο αυτό η μέτρηση πρέπει να γίνεται με σύστημα ανοικτού κυκλώματος (μηδενικής κατανάλωσης ρεύματος) η τουλάχιστον με μετρητή που έχει μεγάλη αντίσταση εισόδου και στην προκειμένη περίπτωση, μεγαλύτερη των 10 12 Ω. Σε αυτή την περίπτωση το ρεύμα κατανάλωσης του βολτομέτρου αντλείται από την έξοδο του τελεστικού ενισχυτή, στο οποίο ο συντελεστής ενίσχυσης τάσης επιλέγεται να πολύ κοντά στην μονάδα. Στη πειραματική διάταξη για τη μέτρηση της τάσης αποκοπής χρησιμοποιούμε το ενισχυτή Phywe Measuring Amplifier (Σχ. 3) τον οποίο θέτουμε στη λειτουργία ELECTROMETER (κοχλίας 5, Σχ.3). Σε αυτή τη λειτουργία η εσωτερική αντίσταση του οργάνου είναι >10 13 Ω. Ενώνουμε την κάθοδο του φωτοκύτταρου με την είσοδο του ενισχυτή (σημείο 1) χρησιμοποιώντας ομοαξονικό καλώδιο, ενώ την άνοδο στη γείωση του σημείου 2. Το φωτοηλεκτρικό ρεύμα Ι φορτίζει τον εσωτερικό πυκνωτή του ενισχυτή δημιουργώντας έτσι τη τάση U0 η οποία καθορίζει την κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων. Η τάση αποκοπής U0 μετράται στη έξοδο του ενισχυτή (σημείο 3) με ένα βολτόμετρο. Οι ηλεκτρικές συνδέσεις φαίνονται στο Σχήμα 3. Σχήμα 3 - Ηλεκτρονικές Συνδέσεις Πειραματική Διαδικασία ΠΡΟΣΟΧΗ Ο λαμπτήρας Hg εκπέμπει και υπεριώδες ακτινοβολία η οποία είναι επικίνδυνη για τα μάτια. ΠΟΤΕ ΜΗΝ ΚΟΙΤΑΖΕΤΕ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ ΤΗΝ ΕΚΠΕΜΠΟΜΕΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Μην αναμοσβήνετε το λαμπτήρα. Το σημείο που προσπίπτουν τα φωτόνια στην κάθοδο θα πρέπει να είναι το ίδιο για κάθε φασματική γραμμή. Δεν πρέπει να προσπίπτει φως στο βρόχο της ανόδου ή στο σημείο σύνδεσης της καθόδου (σημεία 5 και 4 στο σχήμα4). 8

Σχήμα 4 Φωτοκύτταρο Πείραμα Α. Πηγή φωτός Λυχνία υδραργύρου Το πείραμα θα πρέπει να εκτελεστεί σε ημισκοτεινό δωμάτιο. Η ενίσχυση ρυθμίζεται στη μονάδα. Για να πάρουμε μια μέτρηση, αρχικά πρέπει να εκφορτιστούμε τον εσωτερικό πυκνωτή του ενισχυτή, πατώντας το κουμπί. 1. Η σχισμή στο φακό (10) (Σχήμα 2) έχει ένα δείκτη στο πάνω μέρος της, η σκιά του οποίου είναι ορατή στο κάλυμμα (12). Περιστρέψετε το οδηγό (9 )μέχρι η σκιά του προαναφερόμενου δείκτη να βρίσκεται στην κίτρινη φασματική γραμμή. Η φασματική γραμμή αυτή θα πρέπει να κτυπά το φωτοκύτταρο κεντρικά. 2. Καλύψετε την πειραματική διάταξη. 3. Εκφορτίστε τον εσωτερικό πυκνωτή του ενισχυτή πιέζοντας το διακόπτη 4 μέχρι η ένδειξη του ενισχυτή να μηδενιστεί. 4. Ξεκινήστε τη μέτρηση ελευθερώνοντας το διακόπτη. Περιμένετε μέχρι να σταθεροποιηθεί η τάση και καταγράψετε τη τιμή του V0. Επαναλάβετε τη μέτρηση συνολικά πέντε φορές και υπολογίστε το μέσο όρο του V0 5. Επαναλάβετε την πιο πάνω διαδικασία για τις υπόλοιπες φασματικές γραμμές του λαμπτήρα Hg. Πείραμα Β. Πηγή φωτός Λαμπτήρας LED 6. Αντικαταστήστε τη λυχνία υδραργύρου με το λαμπτήρα LED. Χρησιμοποιώντας κατάλληλα φίλτρα στη πορεία της φωτεινής δέσμης, μετρήστε την τάση αποκοπή όπως πιο πάνω για διάφορα μήκη κύματος. 9

7. Για κάθε μια από τις πηγές φωτός ξεχωριστά, σχεδιάστε την γραφική παράσταση U0 συνάρτηση της συχνότητας των προσπίπτων φωτονίων και υπολογίστε την σταθερά του Planck. Δηλαδή υπολογίστε την κλίση της ευθείας και από αυτήν υπολογίστε τη σταθερά h, το έργο εξόδου σε ev, την οριακή συχνότητα, όπως επίσης και τα αντίστοιχα σφάλματα τους. κάντε τη γραφική παράσταση V0 σαν συνάρτηση της συχνότητας της ακτινοβολίας v και υπολογίστε τη σταθερά του Planck. Σημειώστε : Από την γραφική παράσταση του δυναμικού αποκοπής U0 ως συνάρτηση της συχνότητας του φωτός που προσπίπτει στην φωτοκάθοδο, η κλίση της ευθείας προσδιορίζει την σταθερά του Planck, h, η τετμημένη στην αρχή προσδιορίζει την οριακή συχνότητα ν0, και η τεταγμένη στην αρχή το έργο εξόδου του υλικού της φωτοκαθόδου. Να επαναλάβετε τις μετρήσεις σας 4 φορές για όλες τις φασματικές γραμμές. Σημειώστε ότι για κάθε μέτρηση να επαναλαμβάνετε την οπτική ευθυγράμμιση της φασματικής γραμμής μέσα από της συσκευή μέτρησης πάνω στο φωτοκύτταρο. Ερωτήσεις για την κατανόηση της αρχής λειτουργία του πειράματος 1. Κάντε μια ιστορική αναδρομή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. 2. Περιγράψετε το Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. 3. Το φωτόνιο είναι κύμα ή κβαντικό σωματίδιο; Τεκμηριώστε την απάντηση σας. 4. Πώς συμπεριφέρονται τα φωτόνια στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο; 5. Περιγραφή της πειραματικής διάταξης. Μεταξύ άλλων αναφέρετε και τα εξής: i. Γιατί χρησιμοποιείται η λάμπα υδραργύρου; ii. Γιατί χρησιμοποιείται το πρίσμα στη διάταξη; Μπορούσε να χρησιμοποιηθεί φράγμα περίθλασης; iii. Πώς δημιουργούνται τα φωτοηλεκτρόνια και πώς ανιχνεύονται στο πείραμα; iv. Δώστε μια λεπτομερή περιγραφή των ηλεκτρονικών διατάξεων που χρησιμοποιούνται στο πείραμα. 10