Изобразить вольт-амперные характеристики этих фотоэлементов на одном графике

Предмет: Физика
Раздел: Квантовая физика, фотоэффект

? Условие задачи:

Два фотоэлемента с катодами, у которых работы выхода [A_2 > A_1], облучаются светом одной и той же частоты. При этом токи насыщения одинаковы. Требуется изобразить вольт-амперные характеристики этих фотоэлементов на одном графике.

? Теория:

Фототок в фотоэлементе возникает за счёт выбивания электронов светом. Фотоны с энергией [E = h \nu] выбивают электроны, если их энергия превышает работу выхода [A].

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов:  E_k = h\nu - A 

Тормозное напряжение [U_{\text{запр}}] (напряжение, при котором фототок прекращается) определяется из условия:  e U_{\text{запр}} = E_k = h\nu - A 

Таким образом:  U_{\text{запр}} = \frac{h\nu - A}{e} 

? Так как [A_2 > A_1], а [\nu] одинаково, то:  U_{\text{запр,2}} < U_{\text{запр,1}} 

Токи насыщения одинаковы ⇒ число фотоэлектронов, выбиваемых светом, одинаково ⇒ интенсивность света одинакова.

? График:

• По оси x — напряжение [U]
• По оси y — ток [I]
• Оба графика выходят на одинаковый ток насыщения
• Фотоэлемент с меньшей работой выхода ([A_1]) имеет большее тормозное напряжение ⇒ его характеристика "длиннее" по оси напряжений

? Ответ:

Вот как будут выглядеть вольт-амперные характеристики:

• Две кривые, обе выходят на одинаковый уровень насыщения по току
• Кривая для [A1] пересекает ось напряжений при более отрицательном значении (больше [U{\text{запр}}])
• Кривая для [A2] — при меньшем [U{\text{запр}}]

Вот иллюстрация:

? Вывод:

• При одинаковой частоте света и одинаковом токе насыщения, фотоэлемент с меньшей работой выхода имеет большее тормозное напряжение.
• Вольт-амперные характеристики отличаются только по положению точки, где ток становится равным нулю.