Σταθερά Planck Συσκευή Φωτοηλεκτρικού Φαινομένου

Σταθερά Planck Συσκευή Φωτοηλεκτρικού Φαινομένου

Σταθερά Planck Συσκευή Φωτοηλεκτρικού Φαινομένου

Δείξτε στους μαθητές ότι η διαδικασία εκπομπής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συχνότητα της ακτινοβολίας. Το πείραμα δείχνει ότι για κάθε μέταλλο, υπάρχει μια κρίσιμη συχνότητα που εμποδίζει το φως χαμηλότερης συχνότητας να απελευθερώσει ηλεκτρόνια, ενώ το φως υψηλότερης συχνότητας το κάνει πάντα. Η εκπομπή ηλεκτρονίων συμβαίνει σε σύντομο χρονικό διάστημα μετά την άφιξη της ακτινοβολίας και ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ανάλογος της έντασης αυτής της ακτινοβολίας. Η ολοκλήρωση αυτού του πειράματος παρέχει ισχυρή απόδειξη ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι ποσοτικοποιημένο και ότι το πεδίο αποτελείται από κβάντα ενέργειας (φωτόνια): E= hn όπου n είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας και h η σταθερά του Planck.

Αυτή η συσκευή περιλαμβάνει έναν φωτοσωλήνα κενού ως φωτοευαίσθητη συσκευή και μια λάμπα αλογόνου βολφραμίου (12V, 35W) ως πηγή φωτός.

Με τον οπτικό πάγκο της μονάδας, η πηγή φωτός μπορεί να μετακινηθεί για να ρυθμίσει την απόσταση μεταξύ πηγής φωτός και φωτοσωλήνα, με συνολικό μήκος απόστασης τα 400 mm. Ένας φακός εστίασης είναι στερεωμένος στο πίσω άκρο και στο εμπρόσθιο άκρο μπορούμε να τοποθετήσουμε τα έγχρωμα φίλτρα με τα ακόλουθα μήκη κύματος: 635 nm, 570 nm, 540 nm, 500 nm και 460 nm.

Τα αποτελέσματα εμφανίζονται σε μια ευανάγνωστη οθόνη LED τεσσάρων ψηφίων (για ένταση σε μΑ ή τάση σε V) .

Χαρακτηριστικά:

• Μήκη κύματος φίλτρων: 635 nm, 570 nm, 540 nm, 500 nm και 460 nm.
• Πηγή Φωτός: 12V/35W (halogen tungsten lamp)
• Vacuum Phototube (φωτοσωλήνας κενού)
• Dark-current: less than 0.003 μΑ
• Ακρίβεια τάσης επιτάχυνσης (accelerate voltage): μικρότερη από ±0.2%
• Σφάλμα μέτρησης: λιγότερο από ±15% σε σύγκριση με την αποδεκτή τιμή σταθεράς h=6,62619 x 10³⁴ J.S

Αναλυτικότερα:

Μία “Συσκευή Σταθεράς Planck – Συσκευή Φωτοηλεκτρικού Φαινομένου” χρησιμοποιείται για τη μελέτη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και την πειραματική μέτρηση της σταθεράς του Planck (h).

Η συσκευή περιλαμβάνει:

• Φωτοσωλήνα κενού, που λειτουργεί ως φωτοευαίσθητη διάταξη. Όταν το φως πέφτει στην καθοδική επιφάνεια του φωτοσωλήνα, ηλεκτρόνια εκπέμπονται λόγω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.
• Λάμπα αλογόνου βολφραμίου, η οποία παράγει συνεχή φάσμα φωτός.
• Έγχρωμα φίλτρα (με μήκη κύματος 635 nm, 570 nm, 540 nm, 500 nm, 460 nm), που επιτρέπουν τη διέλευση συγκεκριμένων μηκών κύματος και επομένως συγκεκριμένων ενεργειών φωτονίων.
• Ρυθμιζόμενη τάση που επιτρέπει τη μέτρηση του διακοπτικού δυναμικού (stopping potential) για κάθε μήκος κύματος.

Πειραματική Διαδικασία

Σκοπός

• Να εξεταστεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
• Να μετρηθεί το διακοπτικό δυναμικό ως συνάρτηση της συχνότητας του φωτός.
• Να υπολογιστεί η σταθερά του Planck (h).

Διαδικασία

1. Σύνδεση της συσκευής: Συνδέστε την πηγή τάσης στον φωτοσωλήνα.
2. Ρύθμιση φωτισμού: Ενεργοποιήστε τη λάμπα αλογόνου.
3. Χρήση φίλτρων: Τοποθετήστε ένα φίλτρο μπροστά από τον φωτοσωλήνα (ξεκινώντας από το μεγαλύτερο μήκος κύματος).
4. Μέτρηση ρεύματος: Ανιχνεύστε εάν ρέει φωτορεύμα με τη χρήση αμπερομέτρου.
5. Αύξηση αρνητικού δυναμικού: Ρυθμίστε την αντίθετη τάση μέχρι το ρεύμα να μηδενιστεί (αυτό είναι το διακοπτικό δυναμικό V₀).
6. Καταγραφή τιμών: Σημειώστε το διακοπτικό δυναμικό για κάθε φίλτρο.
7. Υπολογισμοί:
   • Χρησιμοποιήστε την εξίσωση του Einstein: eV0=hf−WeV₀ = hf – WeV0​=hf−W
   • Σχεδιάστε το διάγραμμα V₀ – συχνότητα (ν) και βρείτε την κλίση της ευθείας: Slope=he\text{Slope} = \frac{h}{e}Slope=eh​
   • Από εκεί υπολογίστε τη σταθερά του Planck.

Υπάρχουν πολλά βίντεο στο διαδίκτυο για τον τρόπο χρήσης (πειραματικά) της συσκευής, όπως για παράδειγμα το παρακάτω: