Φωτοηλεκτρικό και Επιλογέας ταχυτήτων
Στο εργαστήριο Φυσικής, η Αναστασία και ο Ζήσης μελετούν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο χρησιμοποιώντας τη φωτοηλεκτρική διάταξη του σχολείου. Το φωτοκύτταρο, η κάθοδος του οποίου φέρει επίστρωση Καισίου, είναι τοποθετημένο σε γυάλινο δοχείο υψηλού κενού. Χρησιμοποιούν φίλτρα ώστε να φωτίζουν την κάθοδο με φωτόνια διαφορετικού μήκους κύματος και για κάθε φίλτρο μετρούν την τάση αποκοπής. Από το μήκος κύματος υπολογίζουν τη συχνότητα της ακτινοβολίας και από την τάση αποκοπής υπολογίζουν τη μέγιστη κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων.
Με τα δεδομένα αυτά κατασκευάζουν τη γραφική παράσταση της μέγιστης κινητικής ενέργειας \(𝐾_{max}\) των φωτοηλεκτρονίων σε συνάρτηση με τη συχνότητα \(𝑓\) της ακτινοβολίας. Στο σχήμα δείχνονται η προέκταση της ευθείας, καθώς και τα σημεία τομής της με τους άξονες.
Δ1 Να υπολογίσετε το έργο εξαγωγής του Καισίου και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που αντιστοιχεί στη συχνότητα κατωφλίου.
Στη συνέχεια, η κάθοδος φωτίζεται με μονοχρωματική ακτινοβολία μήκους κύματος \(λ = 660nm\).
Τα φωτοηλεκτρόνια εγκαταλείπουν το μέταλλο με τη μέγιστη κινητική τους ενέργεια και επιταχύνονται από διαφορά δυναμικού μεταξύ ανόδου και καθόδου \(𝑉=44,5V\). Ακολούθως εισέρχονται κάθετα στο μέσον της πλευράς ΗΖ τετραγωνικής περιοχής ΑΔΖΗ πλευράς \(α=8mm\) όπως δείχνεται στην εικόνα.
Στο πρώτο μισό της περιοχής συνυπάρχουν ομογενές ηλεκτρικό πεδίο και ομογενές μαγνητικό πεδίο, με δυναμικές γραμμές κάθετες μεταξύ τους και κάθετες στη διεύθυνση της ταχύτητας των ηλεκτρονίων (επιλογέας ταχυτήτων). Στο δεύτερο μισό της περιοχής δρα μόνο το μαγνητικό πεδίο. Τα φωτοηλεκτρόνια διαγράφουν τόξο κυκλικής τροχιάς και εξέρχονται από την περιοχή έχοντας υποστεί γωνιακή εκτροπή \(φ= \frac{π}{6} rad\).
Όλες οι κινήσεις πραγματοποιούνται στο κενό και οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις θεωρούνται αμελητέες.
Δ2 Να υπολογίσετε την ταχύτητα με την οποία εισέρχονται τα φωτοηλεκτρόνια στην τετραγωνική περιοχή.
Δ3 Να υπολογίσετε την ένταση του μαγνητικού και του ηλεκτρικού πεδίου του επιλογέα.
Δ4 Να υπολογίσετε τη συνολική χρονική διάρκεια κίνησης των φωτοηλεκτρονίων μέσα στην τετραγωνική περιοχή.
Δίνονται:
\[𝑐=3 \cdot 10^8 \frac{m}{s}\] \[𝑒=1,6 \cdot 10^{-19}C\] \[𝑚_𝑒=9,1 \cdot 10^{-31}kg\] \[h=6.6 \cdot 10^{-34} J \cdot s\]blog comments powered by Disqus