STUDIUL EFECTULUI FOTOELECTRIC ŞI DETERMINAREA CONSTANTEI LUI PLANCK

Σχετικά έγγραφα
Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Curs 4 Serii de numere reale

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile


Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

1.7. AMPLIFICATOARE DE PUTERE ÎN CLASA A ŞI AB

MARCAREA REZISTOARELOR

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Seria Balmer. Determinarea constantei lui Rydberg

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu,

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Curs 1 Şiruri de numere reale

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Difractia de electroni

V O. = v I v stabilizator

STUDIUL LEGILOR EFECTULUI FOTOELECTRIC. DETERMINAREA CONSTANTEI LUI PLANCK


III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

STUDIUL EFECTULUI HALL ÎN SEMICONDUCTORI

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 4. Măsurarea parametrilor mărimilor electrice

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Subiecte Clasa a VIII-a

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

L2. REGIMUL DINAMIC AL TRANZISTORULUI BIPOLAR

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

Circuite electrice in regim permanent

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

8 Intervale de încredere

Integrala nedefinită (primitive)

Aparate de măsurat. Măsurări electronice Rezumatul cursului 2. MEE - prof. dr. ing. Ioan D. Oltean 1

Lucrarea Nr. 5 Circuite simple cu diode (Aplicaţii)

STUDIUL DISTRIBUŢIEI DUPĂ VITEZE A ELECTRONILOR ÎNTR-UN METAL

FENOMENE TRANZITORII Circuite RC şi RLC în regim nestaţionar

Electronică anul II PROBLEME

riptografie şi Securitate

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

Erori si incertitudini de măsurare. Modele matematice Instrument: proiectare, fabricaţie, Interacţiune măsurand instrument:

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

a. Caracteristicile mecanice a motorului de c.c. cu excitaţie independentă (sau derivaţie)

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

Subiecte Clasa a VII-a

Stabilizator cu diodă Zener

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Exemple de probleme rezolvate pentru cursurile DEEA Tranzistoare bipolare cu joncţiuni

Electronică STUDIUL FENOMENULUI DE REDRESARE FILTRE ELECTRICE DE NETEZIRE

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp

M. Stef Probleme 3 11 decembrie Curentul alternativ. Figura pentru problema 1.

Lucrarea 3 : Studiul efectului Hall la semiconductori

Examen AG. Student:... Grupa: ianuarie 2016

REDRESOARE MONOFAZATE CU FILTRU CAPACITIV

Seminar electricitate. Seminar electricitate (AP)

4. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici. Voltmetre electronice analogice

Cursul 7. Conducția electrică în izolațiile solide; mecanisme de conducție in volum

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

AMPLIFICATOR CU TRANZISTOR BIPOLAR ÎN CONEXIUNE CU EMITORUL COMUN

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

Lucrarea nr. 5 STABILIZATOARE DE TENSIUNE. 1. Scopurile lucrării: 2. Consideraţii teoretice. 2.1 Stabilizatorul derivaţie

Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii 4. Măsurarea impedanţelor

Valori limită privind SO2, NOx şi emisiile de praf rezultate din operarea LPC în funcţie de diferite tipuri de combustibili

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

2.1 Amplificatorul de semnal mic cu cuplaj RC

3. Momentul forţei în raport cu un punct...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...4

Circuite cu diode în conducţie permanentă

STUDIUL PROCESULUI DE IONIZARE

7 Distribuţia normală

LUCRAREA NR. 1 STUDIUL SURSELOR DE CURENT

ENUNŢURI ŞI REZOLVĂRI 2013

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

z a + c 0 + c 1 (z a)

c c. se anulează (5p) 3. Imaginea unui obiect real dată de o lentilă divergentă este întotdeauna:

PROBLEME DE ELECTRICITATE

Statisticǎ - curs 3. 1 Seria de distribuţie a statisticilor de eşantioane 2. 2 Teorema limitǎ centralǎ 5. 3 O aplicaţie a teoremei limitǎ centralǎ 7

5.1. Noţiuni introductive

Criptosisteme cu cheie publică III

Transformări de frecvenţă

Analiza funcționării și proiectarea unui stabilizator de tensiune continuă realizat cu o diodă Zener

Transcript:

STUDIUL EFECTULUI FOTOELECTRIC ŞI DETERMINAREA CONSTANTEI LUI PLANCK Obiectul lucrării În această lucrare se studiază unul din fenomenele fizice pentru explicarea căruia trebuie să admitem că lumina este formată din cuante de lumină fotoni. Acest fenomen constă în emisia de electroni dintr-un corp sub acţiunea luminii efectul fotoelectric. Aceşti electroni poartă numele de fotoelectroni. Relaţia de conservare a energiei pentru efectul fotoelectric - ecuaţia lui Einstein stă la baza unei metode de determinare a constantei lui Planck. Bazele teoretice Observat pentru prima oară de H. Hertz (1887), studiat experimental de Philip Lenard (19), efectul fotoelectric nu a putut fi explicat în cadrul teoriei clasice a luminii. Energia cinetică cu care electronul părăseşte metalul sub acţiunea radiaţiei luminoase ar trebui, conform teoriei clasice, să fie direct proporţională cu intensitatea undei incidente. O serie de experimente au arătat însă că energia cinetică a fotoelectronilor nu depinde de intensitatea luminii; creşterea intensităţii radiaţiei incidente duce doar la creşterea numărului de fotoelectroni. În schimb variaţia frecvenţei radiaţiei incidente modifică energia cinetică a fotoelectronilor. Einstein arată că toate dificultăţile în explicarea efectului fotoelectric considerând lumina ca o undă dispar dacă considerăm lumina ca un flux de particule (de fotoni) de energie h ν. Dacă radiaţia incidentă este de natură ondulatorie, atunci ea va interacţiona cu substanţa astfel încât frontul de undă va produce nenumărate interacţiuni cu emisie de electroni. Dacă admitem că radiaţia este formată din particule (fotoni) atunci trebuie să acceptăm că fiecare foton va interacţiona doar o singură dată. În acest caz fotonul absorbit în corp cedează întreaga sa energie unui electron şi, dacă această energie este suficientă pentru a elibera electronul de sub acţiunea forţelor ce-l ţin legat în substanţa iradiată, electronul poate părăsi substanţa şi devine liber. Probabilitatea de interacţie simultană a doi fotoni cu un electron este mult mai mică decât a interacţiei cu un foton, astfel că energia cinetică a electronului eliberat va fi aproximativ egală cu cea a fotonului incident. În general, însă, nu orice foton ce a interacţionat cu substanţa va eliberea un electron. Fracţiunea de fotoni de o anumită energie care va produce un fotoelectron la interacţia cu o substanţă dată este constantă (în medie) şi poartă numele de randament cuantic (<1). Rezultă că numărul de fotoelectroni este proporţional cu numărul de fotoni ce au interacţionat. În schimb energia cinetică a fotoelectronului depinde de energia fotonului absorbit, h ν, şi este dată de ecuaţia lui Einstein ce descrie conservarea energiei în acest proces: h ν = P1 + P + (1) în care: P 1 este energia de extracţie a electronului din atom (energia de ionizare; pentru metale, în care există un număr mare de electroni liberi, se poate considera: P 1 = () P este lucrul de extracţie a electronului din metal; evident, dacă h ν < P electronul nu poate ieşi din metal. Există, deci, o frecvenţă limită ν, sub care nu mai apar fotoelectroni, dată de relaţia: h ν = P (3)

unde λ c = este pragul ( roşu al) efectului fotoelectric şi depinde esenţial de metal şi de starea ν suprafeţei metalului supusă iradierii (tabelul 1), iar este energia cinetică a fotoelectronului eliberat din metal. Energia electronului se determină prin metoda potenţialului întârzietor. Electronul produs se va mişca într-un câmp electric care-l va frâna, astfel încât el va fi frânat. Dacă diferenţa de potenţial (V ) pe care trebuie să o strabată electronul îndeplineşte condiţia: = ev (4) atunci electronul se va opri (v=), întreaga energie cinetică a lui s-a consumat pe lucrul mecanic în câmp. Introducând în relaţia (1) rezultatele din (), (3) si (4) ea devine: h ν = hν + (5) ev Figura 1 Figura Schema electrică pentru metoda câmpului întârzietor este prezentată în figura 5. Dispozitivul care permite studiul efectului fotoelectric şi care este întrebuinţat şi astăzi în diferite aplicaţii industriale se numeşte celula fotoelectrică. Folosind radiaţii de frecvenţe diferite, ν i, incidente pe aceeaşi celulă fotoelectrică putem măsura V (figura 1). Într-o reprezentare ν i = f ( V i ), punctele experimentale se aşează în apropierea dreptei (figura ) de ecuaţie: e ν = ν + V (6) h Din panta acestei drepte se poate determina constanta lui Planck, h, (ştiind că e=1,61-19 C) iar ordonata la origine ne permite să calculăm pragul roşu al efectului fotoelectric pentru celula c fotoelectrică folosită, λ =. ν Pentru determinarea parametrilor dreptei (6) se recomandă folosirea metodei celor mai mici pătrate (Anexa 1) din cauza erorilor inerente în determinarea potenţialului de întârziere V I pentru frecvenţa ν i.

Dispozitivul experimental În figurile 3a, 3b, 4a şi 4b sunt prezentate componentele montajului experimental ce conţine: - o sursa de lumină; se foloseşte o lampă intensă (alimentată de la transformatorul T). - un suport S pe care se montează filtre de frecvenţă dată. - un suport S1 cu o fantă F. - o celulă fotoelectrică cu schema legăturilor electrice reprezentată pe panou. - o sursă de curent continuu ( tensiuni -5 volti), ST (Multistab - 35). - un aparat de măsură a potenţialului de întârziere V. - un amplificator de curent, A. - un aparat de măsură a curentului fotoelectric, I.

Figura 3a si 3b. Montajul experimental şi dispozitivul de iluminare Figura 4a Imaginea de ansamblu Figura 4b Schema electrică Figura 5 Figura 6

Modul de lucru 1. Se conectează la reţeaua de curent alternativ, V, alimentatorul lămpii, sursa de tensiune, ST şi amplificatorul, A. Atentie! Fanta F trebuie să fie închisă!. Se montează un filtru pe suport şi se deschide fanta F. 3. Cu potenţialul de întârziere V= se variază amplificarea până se obţine un curent maxim I. 4. Cu amplificarea stabilită la punctul 3, se variază potenţialul de întârziere în paşi de,5 V, notând V şi curentul I. 5. Se reprezintă grafic I = f(v). Deoarece filtrele nu sunt riguros monocromatice şi fotoelectronii nu sunt emişi doar de la suprafaţa iradiată a metalului, nu se va observa un potenţial întârzietor corespunzător unei singure frecvenţe ( fig 6a), ci un domeniu de tensiune corespunzând benzii de frecvenţă de transparenţă a filtrului şi a distribuţiei energetice a electronilor (fig. 6b).Se va alege ca tensiune de întârziere, V I, corespunzătoare fiecărui filtru, acea tensiune pentru care curba I = f(v) începe să devieze de la dreapta corespunzătoare potenţialelor V mari. 6. Se repetă punctele 5 pentru alt filtru, având grijă ca în timpul schimbării filtrului fanta F să fie închisă. 7. Să se reprezinte grafic ν i = f ( V i ) ; se determină prin metoda celor mai mici pătrate, panta dreptei şi, din valoarea pantei cu e = 1,6.1-19 C, se determină constanta lui Planck şi eroarea determinării acestei valori. Întrebări şi probleme 1. Datorită diferenţei de potenţial de contact dintre anod şi catod, voltmetrul nu dă diferenţa de potenţial de pe celulă, ci o valoare translatată cu o mărime constantă. a) cum se poate determina aceasta? b) care este influenţa ei asupra mărimii şi preciziei lui h?. Care este lucrul de extracţie în cazul acestei lucrări? 3. Cum s-ar putea pune în evidenţă fiecare act de producere a fotoelectronului? 4. Care sunt valorile maxime ale vitezelor fotoelectronilor obţinute la iluminarea unei suprafeţe de platină şi a unei suprafeţe de cesiu cu radiaţia de rezonanţă a mercurului (λ = 47Ă). Se dă: h = 6,6 1-34 Js, c =31 8 m/s. Tabelul 1. Lucrul de extracţie pentru diferite metale cu suprafeţe curate (degresate) Metal Li Na K Cs W Pa Pt Lucrul de extracţie,4,1,,7 4,5 5, 6,3 Pragul roşu 517 59 6 177 infra roşu 755 48 197 Bibliografie 1. E.H.Wichmann, Fizică cuantică, Cursul de fizică Berkley, vol IV, Ed. Didactică şi Pedagogică, 1983, pp. 34-48;