Лабораторная работа 3.2. Внешний фотоэлектрический эффект

Цель работы: изучение физического механизма и закономерностей внешнего фотоэлектрического эффекта; исследование зависимости фотоэлектронного тока от напряжения фотокатод - анод; экспериментальное определение потенциалов запирания для азличных частот излучения; определение работы выхода фотокатода и оценка постоянной Планка; проверка закона Столетова; определение красной границы фотоэффекта.

Оборудование: люминесцентная лампа; лампа накаливания, монохроматор, фотоэлектронный умножитель ФЭУ-84; блок преобразователя ток-напряжение; цифровые вольтметры.

Лабораторная работа 3.2. Внешний фотоэлектрический эффект. (1.07 МБ, PDF) Климкин В.Ф., Голяшов В.А., Терещенко О.Е. Новосибирск: КОФ НГУ, 2023. - 20 с.

Фотоэлектрический эффект возникает при поглощении фотона связанным электроном (электроны в индивидуальных атомах, твердых телах и жидкостях). При этом электрон приобретает энергию, близкую к энергии самого фотона. Энергия фотонов в видимой и примыкающей к ней ультрафиолетовой области спектра сравнима с работой выхода электронов проводимости из чистых металлов (несколько электрон-вольт). В зависимости от того, остаются ли эти электроны в данной среде или выходят из нее через границу раздела с другой средой, различают фотоэффект внутренний и внешний.
Внутренний фотоэффект хорошо заметен в конденсированных средах и газах, если в них присутствует мало электронов, обеспечивающих электропроводность. В случае с газами для обозначения данного явления используется термин фотоионизация. В качестве примера внутреннего фотоэффекта можно назвать понижение электрического сопротивления полупроводника при падении на его поверхность светового потока. Фоторезистивный эффект (фотопроводимость) впервые, в 1873 г., наблюдал У. Смит (США) в селене. Внутренний фотоэффект положен в основу работы обширного класса полупроводниковых приемников светового излучения. К ним относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и др.
Внешний фотоэффект представляет собой испускание электронов, которое происходит в вакуум или другую разреженную среду при падении светового потока на поверхность твердого тела или жидкости. Внешний фотоэффект был обнаружен в 1887 г. немецким физиком Г. Герцем. Экспериментальные исследования этого процесса проведены А. Г. Столетовым, В. Гальваксом, Ф. Ленардом и др. Теоретическое объяснение законов фотоэффекта дал А. Эйнштейн (1905 г.). За работы в области теоретической физики и, в частности, за открытие закона фотоэлектрического эффекта А. Эйнштейну в 1921 г. была присуждена Нобелевская премия по физике.

Лабораторная работа 3.2. Внешний фотоэлектрический эффект. Видео. (MP4, 1280x720) Климкин В.Ф., Мешков О.И. Новосибирск: КОФ НГУ, 2012. - 0.32.14.

Фильм содержит описание лабораторной работы "Внешний фотоэлектрический эффект", выполняемой в атомном практикуме физического факультета университета. Для лабораторной работы рассмотрена краткая теория изучаемого явления, обсуждена схема установки, приведено подробное описание порядка проведения измерений. Также рассматриваются некоторые из современных приложений исследуемых явлений.