Влияние контактной разности потенциалов

Задерживающая разность потенциалов позволяет задержать фотоэлектроны, вылетающие из катода с максимальной кинетической энергией , что и приводит к прекращению фототока. Если бы катод и анод фотоэлемента были изготовлены из одного и того же металла, то контактная разность потенциалов отсутствовала бы, и определение задерживающей разности потенциалов сводилось бы просто к измерению внешнего задерживающего напряжения, т. е. показаниям вольтметра (рис. 98).

Действительно, при все фотоэлектроны вне зависимости от начальной скорости достигали бы анода, и мы уже имели бы ток насыщения.

Рис. 97. Рис. 98.

Определение задерживающей разности потенциалов усложняется, если катод и анод изготовлены из разных металлов (что обычно и бывает). В этом случае начинает играть заметную роль контактная разность потенциалов. Если она есть и, например, такова, что тормозит вылетающие из катода фотоэлектроны, то приходится прикладывать внешнее напряжение (измеряемое вольтметром). И если это напряжение таково, что компенсирует тормозящую контактную разность потенциалов, то начало горизонтального участка (тока насыщения) — точка 2 на рис. 100 – сдвинется вправо, в сторону положительных значений показания вольтметра .

Таким образом, задерживающая разность потенциалов будет равна (по модулю) сумме

(4)

как показано на рис. 100, где . Заметим, что, вообще говоря, есть величина алгебраическая, она может иметь любой знак или равняться нулю.

Если контактная разность потенциалов не тормозит, а ускоряет фотоэлектроны, т.е. имеет противоположный знак, то характеристика фотоэлемента вместе с точкой 2 сместится влево. При этом выражение (4), для остается прежним, только в нём оба показания вольтметра и могут оказаться отрицательными, но их разность по-прежнему будет положительной и равной .

Итак, определив , мы тем самым находим максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов – в формуле Эйнштейна:

Отметим, что положение точки 2 на рис. 98, т. е. показание вольтметра , зависит только от контактной разности потенциалов, положение же точки 1, т. е. показание вольтметра – от частоты падающего света. Значит, и задерживающая разность потенциалов тоже зависит от .

Рис. 99. Принципиальная схема экспериментальной установки: зеркальный монохроматор SPM-2; фотоэлемент СЦ-3; фотоэлемент ЦЗ-3, 2 универсальных блока питания, источник света; наноамперметр (вольтметр В7-27)

Световой поток от источника поступает на входную щель монохроматора, который выделяет из него световой поток с узким спектральным интервалом. Полученное таким образом излучение падает на катод фотоэлемента, который соединён с измерительной схемой, в которую входят измерители тока и напряжения, переключатель блоков питания и блок питания.

В качестве источника света в работе используется лампа накаливания. Поворачивая призму монохроматора путем вращения барабана, можно направлять на выходную щель излучение того или иного участка спектра источника света.

Принципиальная схема установки показана на рис. 100.

Рис.100. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 – источник света; 2 – конденсорная линза; 3 – зеркальный монохроматор SPM-2; 4 – фотоэлемент СЦ-3; 5 – измеритель тока; 6 – переключатель блоков питания; 7,8 – лабораторные блоки питания