Запирающее напряжение (также называемое задерживающим потенциалом) - это минимальное обратное напряжение между электродами фотоэлемента, необходимое для полного прекращения фототока. Это ключевая характеристика в изучении внешнего фотоэффекта, имеющая фундаментальное значение в квантовой физике.
Содержание
Физическая сущность запирающего напряжения
При внешнем фотоэффекте электроны, выбитые светом из катода, достигают анода, создавая фототок. Запирающее напряжение создает электрическое поле, которое тормозит фотоэлектроны. Когда энергия этого поля становится равной максимальной кинетической энергии фотоэлектронов, ток прекращается.
Связь с уравнением Эйнштейна
- Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν = A + eUз
- hν - энергия фотона
- A - работа выхода электрона
- eUз - кинетическая энергия электрона при запирающем напряжении
Экспериментальное определение
| Метод | Описание |
| Вольт-амперная характеристика | Определяется по точке пересечения графика с осью напряжений |
| Компенсационный метод | Подбирается напряжение, полностью компенсирующее фототок |
Факторы, влияющие на величину запирающего напряжения
- Частота падающего излучения (прямая зависимость)
- Материал фотокатода (работа выхода)
- Интенсивность света (не влияет на величину)
- Температура катода
Практическое значение
- Определение постоянной Планка
- Измерение работы выхода материалов
- Калибровка фотоэлектронных приборов
- Исследование квантовых свойств света
Исторический контекст
Изучение зависимости запирающего напряжения от частоты света сыграло ключевую роль в подтверждении квантовой теории света и принесло Эйнштейну Нобелевскую премию по физике в 1921 году.
Математическое выражение
Запирающее напряжение Uз связано с частотой света ν и работой выхода A соотношением:
Uз = (hν - A)/e
где h - постоянная Планка, e - заряд электрона.
Таким образом, запирающее напряжение является важнейшей экспериментально измеряемой величиной, позволяющей исследовать квантовые свойства света и вещества.
