Дано:
Длина волны первого излучения λ1 = 300 нм = 300 * 10^(-9) м
Длина волны второго излучения λ2 = 200 нм = 200 * 10^(-9) м
Найти:
а) вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента.
б) установившееся напряжение между пластинами.
Решение:
а) Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэлемента будет представлять собой кривую, которая начинается с точки на оси тока, соответствующей силе тока насыщения, и постепенно будет уменьшаться до нуля с увеличением приложенного обратного напряжения. В зависимости от условий, при которых работают пластины, если интенсивность света одинаковая и длина волн тоже, то ВАХ будет симметрична относительно оси тока. Если одна пластина освещена более длинной волной, а другая — более короткой, то ток будет максимальным при оптимальном напряжении, соответствующим энергии фотонов, выбиваемых с обеих пластин.
б) Теперь найдем установившееся напряжение между пластинами. Для этого сначала рассчитаем энергию фотонов для каждой длины волны. Энергия фотона E рассчитывается по формуле:
E = h * c / λ,
где h - постоянная Планка (6.626 * 10^(-34) Дж*с),
c - скорость света (3 * 10^8 м/с).
Для λ1 = 300 нм:
E1 = (6.626 * 10^(-34) Дж*с) * (3 * 10^8 м/с) / (300 * 10^(-9) м)
E1 = (6.626 * 3) / 300 * 10^(-34 + 8 + 9)
E1 ≈ 6.626 * 10^(-19) Дж.
Для λ2 = 200 нм:
E2 = (6.626 * 10^(-34) Дж*с) * (3 * 10^8 м/с) / (200 * 10^(-9) м)
E2 = (6.626 * 3) / 200 * 10^(-34 + 8 + 9)
E2 ≈ 9.939 * 10^(-19) Дж.
Теперь найдем разницу энергий, которая будет равна установившемуся напряжению U между пластинами:
U = (E2 - E1) / e,
где e - заряд электрона (1.602 * 10^(-19) Кл).
Подставим значения:
U = (9.939 * 10^(-19) Дж - 6.626 * 10^(-19) Дж) / (1.602 * 10^(-19) Кл)
U = (3.313 * 10^(-19) Дж) / (1.602 * 10^(-19) Кл)
U ≈ 2.07 В.
Ответ:
а) Вольт-амперная характеристика будет представлять собой кривую, начинающуюся с тока насыщения и уменьшающуюся до нуля с увеличением обратного напряжения.
б) Установившееся напряжение между пластинами составляет примерно 2.07 В.