Анимация демонстрирует закон фотоэффекта, который в некоторой литературе условно называют “третий”: “Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффекта не происходит. Красная граница фотоэффекта зависит только от рода вещества катода.” Предлагаемый набор светофильтров позволяет выделить достаточно узкий монохроматический свет в сплошном спектре излучения лампы накаливания, панель “ВЕЩЕСТВО” служит для выбора того или иного элемента, из которого изготовлен фотокатод

Устанавливая материал катода фотоэлемента с помощью соответствующего меню и одну из спектральных линий в спектре ртути (Spectral line Hg), демонстрация позволяет провести исследование явления фотоэффекта для различных материалов фотокатода. Управляя ручкой “Задер. напряжение” задерживающим напряжением Uз, снимают вольт-амперную характеристику фотоэлемента, замечая то значение напряжения Uз по показаниям вольтметра (синий прибор), при котором фототок, измеряемый ампреметром, (красный прибор) становиться равным нулю.

Отметим некоторые особенности конструкции прибора, выполненного по данной схеме. Свет от высокоинтенсивного источника (чаще всего в роли такого источника света выступает газоразрядная ртутная шаровая лампа сверхвысокого давления ДРШ-250-3) через светофильтр либо монохроматор, выделяющий узкий спектральный диапазон в пределах выбранной спектральной линии, поступает через систему коллиматора (система линз) на исследуемый фотоэлемент. Фотоэлемент имеет Анод (А) и ФотоКатод (С). Задерживающее напряжение регулируется потенциометром, измеряется вольтметром и подаётся в промежуток Анод-Катод фотоэлемента. Особенно следует отметить методику измерения фототока. Фототок современных фотоэлементов достаточно мал, особенно в области задерживающих напряжений (фототок ~10-9 А), в то же время он должен быть измерен с большой степенью точности. Поэтому обычное включение в анодную цепь микроамперметра невозможно из-за вносимых искажений. Для точного измерения фототока используют следующий приём, проиллюстрированный в приложении выше: в разрыв цепи АНОД-КАТОД подключается резистор, с подобранным значением сопротивления R, согласованного с внутренним сопротивлением фотоэлемента и остальной схемы. С резистора снимается сигнал напряжения Uф, который в силу закона Ома пропорционален фототоку Iф, протекающему через резистор Uф=R • Iф. Этот сигнал Uф подаётся на вход усилителя, собранного как правило по стандартной схеме с применением малошумящего операционного усилителя с некоторым коэффициентом усиления Кусил., как правило составляющим Кусил.=100 – 500 ед. Усиленное в Кусил. раз напряжение Uвых с выхода усилителя подаётся на чувствительный измерительный прибор. Так как по определению Kусил.=Uвых/Uвх, Uвх=Uф, Uф=R • Iф, то получаем формулу для расчета фототока:

где Uвых – зарегистрированное измерительным прибором значение фотосигнала.

Приложение позволяет провести исследование фотоэффекта для двух материалов фотокатода – Cesium (Цезий) и Potassium (Калий).

Для перехода к другому материалу катода или другой длине волны используйте кнопку “Clear Measurements” (СБРОС).