광전효과를 이용한 플랑크 상수 측정방법 연구

광전효과를 이용한 플랑크상수 측정

lt; 대학물리학실험 P280

[실험목적]

1, 실험을 통해 아인슈타인의 광전 효과 이론을 깊이 이해하고 광전 효과의 기본 규칙을 이해합니다.

2. 광전 효과 연구를 수행하기 위해 광전관을 사용하는 방법을 숙지합니다. 3. 연구 광전관의 볼트-암페어 특성 곡선을 처리하고 플랑크 상수를 결정하는 데 사용되는 방법.

[실험기기]

GD-4 지능형 광전 효과(플랑크 상수) 실험 기기(광전 검출 장치와 실험 기기 호스트의 두 부분으로 구성)

광전 감지 장치에는 광전 튜브 암실 GDX-1, 고압 수은 램프 상자 GDX-2, 고압 수은 램프 전원 공급 장치 GDX-3 및 실험용 기준 플랫폼 GDX-4가 포함됩니다.

실험 호스트는 미세전류 증폭기와 주사 전압원 생성기로 구성된 GD-4 광전 효과(플랑크 상수) 실험 장비입니다.

[실험 원리]

1. 플랑크 상수 결정

아인슈타인의 광전 효과 방정식에 따르면:

( 1)

(여기서: 는 전자의 운동 에너지, 는 광자의 에너지, 는 빛의 주파수, 는 일 함수, 는 플랑크 상수입니다.)

는 물질 자체입니다. 속성이므로 동일한 재료에 대해 동일합니다. 광자의 에너지가 광전자를 생성할 수 없는 경우, 즉 광전 효과를 생성하는 차단 주파수( )가 있습니다.

실험에서 과 사이에 역전압(음극에 연결됨)을 추가하고, 광전자의 이동이 느려집니다. 역전압이 증가하면 양극에 도달하는 광전자의 수가 그에 따라 감소하고 광전류가 감소합니다. 이때 광전류는 0으로 떨어지며, 역전계의 효과를 극복하기 위해 광전자의 초기 운동에너지가 모두 사용됩니다. 즉,

(2)

이때의 역전압을 차단전압이라 한다. 입사광 주파수가 다르면 차단 전압도 달라집니다. 방정식 (2)를 방정식 (1)에 대입하면, 방정식의

(3)

(여기서)는 상수이며 동일한 광전관에 대한 상수이기도 합니다. 실험에서 서로 다른 주파수를 측정하여 곡선을 만듭니다. 식 (3)이 만족되는 조건에서 이는 직선이다.

전자 전하가 이면 플랑크 상수는 기울기 에서 구할 수 있습니다. 오버플로 작업은 직선의 절편에서 얻을 수 있으며 차단 주파수는 축의 직선 절편에서 얻을 수 있습니다. 그림 (2)와 같습니다.

2. 광전관의 볼트-암페어 특성 곡선을 측정합니다

조사된 빛의 강도가 일정할 때 광전관의 전류와 광전관의 전류 사이에는 일정한 간격이 있습니다. 광전관 양단의 전압 관계.

이상적인 곡선은 다음과 같은 이유로 실험 곡선과 다릅니다.

① 광전관의 음극은 탈출 전위가 낮은 물질로 만들어졌습니다. 고진공 또한 쉽게 산화되는 경향이 있어 음극 표면의 모든 곳에서 탈출 전위가 동일하지 않습니다. 동시에 탈출하는 최대 운동 에너지를 갖는 광전자의 수가 크게 감소합니다. 역전압이 증가함에 따라 광전류는 갑자기 차단되지 않고 빠르게 감소한 후 완만하게 0에 접근합니다.

② 양극은 백금, 텅스텐 등 탈출 전위가 높은 재료로 만들어졌는데, 이는 광전관에 가해지는 외부 전기장이 원래 원자외선을 조사해야만 탈출할 수 있다는 점이다. 방출된 광전자가 양극에서 음극으로 이동하여 역전류를 형성하는 것은 가속 전기장입니다.

③ 광전관에 빛이 닿지 않더라도 인가된 전압 아래에는 약한 전류가 흐르게 되는데, 이를 암전류라고 하는데, 주된 이유는 전극 사이의 절연 저항의 누출입니다. (튜브 홀더 및 유리 껍질 내부 및 외부 표면의 누출 포함), 실온에서 음극으로부터의 열전자 복사 등 암전류는 기본적으로 인가된 전압과 선형적으로 관련됩니다.

[실험 내용]

1. 악기를 연결합니다.

2. 선생님의 확인 후 전원을 켜고 20분간 예열합니다. ;

3. 기기에 익숙해지고 몇 가지 간단한 작업을 수행하고 기기를 0으로 설정합니다.

4. 플랑크 상수 결정

특정 조리개가 있는 조리개(값 기록)의 경우 광원과 광전관 사이의 거리를 변경하지 않고 서로 다른 컬러 필터(각각 , , , )를 선택하여 광전관 양쪽 끝의 전압을 조정합니다. , 광전관의 전류는 0이 된다. 이때, 광전관 양단의 전압을 (컷오프전압이라 한다)로 표시하여 기록한다.

5. 광전관의 볼트-암페어 특성 곡선

동일한 조리개에서 5개의 스펙트럼 선을 관찰합니다(값을 기록). 광원과 광전관 사이의 거리를 변경하지 않고(값을 기록) 변경합니다. 광전관의 전압(범위 내)에서 전압과 해당 광전류를 기록합니다.

6. 포화 전류가 입사광 강도에 비례하는지 확인합니다.

입사광의 파장(값 기록), 광원과 광원 사이의 거리를 결정합니다. 광전관(그 값을 기록) 및 광전관 양단의 전압(보통 50V, 이 때 광전관의 전류가 최대값에 도달한 것으로 간주, 즉 포화 전류)을 변경합니다. 조리개의 조리개(각각: , , )를 기록하고 해당 포화 광전류를 기록합니다.

7. 실험 장비 배열

실험이 완료되면 실험 장비를 배치해야 합니다.

[데이터의 측정 및 처리]

1. 플랑크 상수의 결정

표 1. 관계 조리개

입사광 파장

365.0 404.7 435.8 546.1 577.0

해당 주파수

8.214 7.408 6.879 5.490 5.196

차단 전압

요구사항: 표 1의 실험 데이터(최소 자승법으로 처리)에 따르면 직선의 기울기를 구하면 플랑크 상수를 계산할 수 있고 허용된 플랑크 상수 값을 사용하여 실험 결과를 비교할 수 있습니다. 상대 오류, 여기서 .

2. 광전관의 볼트-암페어 특성 곡선:

표 2, ,

요구 사항: 그래프 용지에 관계 곡선을 그리고 설명하십시오. .

3. 포화 전류가 입사광 강도에 비례하는지 확인합니다.

표 3. (는 빛의 강도) 관계, , ,

조리개 구멍

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2 4 8

요구 사항: 실험 데이터 그리기 및 분석(힌트: 에 비례)

[실험 요약 및 오류 분석 ]