Изучение способов определения постоянной Планка

 

1. Определение начального сопротивления  лампы

Включают источник излучения –  лампу накаливания. Для этого  следует поднять рукоятку тумблера «ЛН». Ток лампы устанавливают ручкой «РЕГ.ТОКА».

Измерения производят  при  токах не более 50 мА, то есть при напряжениях U не более  50 мВ. При этом необходимо определить комнатную температуру при помощи цифрового мультиметра М838. Если лампа до измерений была включена, ей необходимо дать остыть в течение 5 минут.

Устанавливая определенный ток  I лампы накаливания (напряжение U на гнёздах «I»), измеряют напряжение лампы U и вычисляют сопротивление лампы по формуле

 где Ом.   (13)

Напряжение  U устанавливают не менее в 6 точках примерно от –10 мВ  до  - 50 мВ с произвольным неравномерным шагом h = 3 9.  За начальное сопротивление лампы берут среднее значение R.

Составляют таблицу:

U , мВ	-12,6					-45,3
U ,мВ
R, Ом

 

=0,000 Ом        при  = 295 К (значение определяют в начале эксперимента).

 Для определения    устанавливают переключатель функций мультиметра М838 в положение «ТЕМР». Тогда на дисплее мультиметра появится значение комнатной температуры по шкале Цельсия.

 

2. Исследование теплового излучения

Для изучения зависимости  интенсивности излучения от температуры  с помощью монохроматора выделяется из белого излучения лампы накаливания излучение с определенной  длиной волны . Для этого на окошке – экране монохроматора устанавливают число -  значение длины волны . В лампе накаливания устанавливают некоторое значение силы тока (напряжение U ), которому соответствует излучение с определенной температурой. Меняя силу тока в лампе, можно менять температуру излучения. Измерение производится примерно в диапазоне значений напряжения U от –0,5  до –1,5 В.

При данной U снимается с вольтметра напряжение в лампе U и вычисляется по формуле (13) сопротивление лампы R. Используя найденное значение R, вычисляют соответствующее значение температуры T по формуле

, где B= 50 K.

Данная формула работает в диапазоне 300 – 2500 K, в котором зависимость сопротивления от температуры линейна.

При заданных значениях  и U   измеряется напряжение U фототока в мВ, то есть выходное напряжение усилителя фототока U . Предварительно определяется U в мВ.  Последнее является напряжением на выходе усилителе U при перекрытом световом потоке. Для перекрытия светового потока используется экран – заглушка, который ставится на входе монохроматора. Величина фототока  вычисляется  по  формуле

,        (14)

где K есть коэффициент преобразования усилителя в мкА/В. Он устанавливается положением переключателя «мкА/В» на панели прибора . Величина фототока пропорциональна интенсивности излучения, падающего с монохроматора на фотоприемник.

Для экспериментальной проверки отношения  строят график зависимости логарифма фототока от обратной температуры, точнее  зависимость величины  от величины (1/ ). Вычисляют величину при помощи формулы (13).

Составляют таблицу(пример):

U , В	U , В	R, Ом	T,   К	1/ *	U       мВ	U мВ	K, мкА/В	I * нм
-0,861	-2,67	3,10	1514	11,0	-5,0	-2,0	0,1	3,0	0,10

 

Второе упражнение.  Внешний  фотоэффект

Во втором упражнении, снимая вольтамперную  характеристику фотоэлемента, определяют красную границу фотоэффекта, работу выхода фотокатода и постоянную Планка.

Подготовка установки для эксперимента

1. Устанавливают фотоприемник («ФЭУ») на задний выход монохроматора.  Подключают фотоприемник и мультиметры  к выходам измерительной системы  ИСК – 1.

2. Включают источник излучения - лампу накаливания и устанавливают ток лампы около 1,5 (напряжение 1,5 В на выходе «I». Направляют излучение на монохроматор.

3. Убеждаются в изменении цвета  выходящего излучения при вращении  ручки настройки монохроматора  и определяют минимальную и максимальную длину волны излучения, воспринимаемого визуально.

Выполнение эксперимента

Для трех значений длин волн снимают зависимость фототока от напряжения на фотоприемнике: для задерживающих напряжений в пределах от 0 до –2 В с шагом 50 – 100 мВ, для ускоряющих напряжений в от до 15 с шагом 1 В. Напряжение регулируется ручками « » грубо (2…20 В) и плавно (-2…0 В). Вместе кривой строят график зависимости величины от напряжения  в области задерживающих напряжений.

Исходя из полученных данных, определяют постоянную Планка, красную границу фотоэффекта  и работы выхода электрона из металла. Алгоритм выполнения эксперимента следующее:

1. Снимают напряжение  на выходе усилителя фототока при перекрытом световом потоке (используется экран-заглушка).

2. Устанавливают напряжение  на фотоприемнике и снимают с вольтметра напряжение  , вычисляют величину фототока по формуле , где K – коэффициент преобразования усилителя фототока в мкА/В. Шаг изменения напряжения примерно равен 100 50 мВ и число измерений доходит до 14.

3. Вычисляют величины  - приращения тока при каждом изменении напряжения на один шаг. Строят  графики от при трех значениях , затем в области задерживающих напряжений определяют  запирающие  напряжения .

4. Строят график зависимости запирающего напряжения от частоты , определяют его угловой коэффициент, то есть тангенс угла наклона прямой .

 

5. Вычисляют постоянную  Планка по формуле h = eq. Из графика по точке пересечения с осью частот определяют красную границу в шкале частот  и  в шкале длин волн.

6. Определяют работу выхода по  формуле  .

Составляют таблицы  следующего вида (пример):

= 400 нм;     К= 0,1 мкА/В

мВ	мВ	мВ	А
-1500	0,5	-1,8	23
				0
-1400	0,5	-1,8	23