Physique atomique et nucléaire
Contents
1. Tourner le filtre d interf rence pour la lumi re verte Ang 546 nm pour le placer dans la marche des rayons et recommencer la mesure Etendre la plage de mesure 3 V puis recommencer la mesure avec les filtres d interf rence bleu Axg 436 nm et violet Ahg 405 nm Faire varier l intensit de la lumi re qui incide sur la cellule photo lectrique avec le diaphragme iris de la roue filtres et d terminer chaque fois la tension limite Uo N B Si le diaphragme iris est trop ferm l clairage r gulier du spot lumineux sur la cathode peut ventuellement changer Du reste les courants de fuite jouent un r le de plus en plus grand Exemple de mesure Tab 1 Tension limite U en fonction de la longueur d onde et de la fr quence v Couleur gt TE d jaune 578 519 0 59 vert 546 549 0 70 bleu 436 688 1 23 violet 405 741 1 40 LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Exploitation La fig 4 montre la tension limite U o en fonction de la fr quence v Les points de mesure trac s sont en bonne approximation sur une droite Une mod lisation de la courbe pour les trois premiers points de mesure donne pour la pente de la droite la valeur Auo Av D apr s V on a avec e 1 6 10719 As pour la constante de Planck h 6 1 104Js Valeur litt raire h 6 62 10734 J s 0 38 107 14Vs lt c t 400 Fig 4 Tension limite Uo2. lectrique l aide d un cavalier H 90 mm tout en respectant la position indiqu e enlever le capuchon et orienter la cellule photo lectrique de mani re ce que sa surface noire soit tourn e vers la lampe vapeur de mercure Monter le diaphragme iris sur le banc d optique l aide d un cavalier H 120 mm tout en respectant la position indiqu e Monter la lentille l aide d un cavalier H 120 mm tout en respectant la position indiqu e r gler la hauteur de fa on ce que le centre de la lentille soit la m me hauteur que le centre du diaphragme iris La lumi re de la lampe vapeur de mercure doit tre repr sen t e maintenant avec nettet sur la partie noircie le domaine sensible de la cellule photo lectrique La lumi re ne doit incider ni sur l anneau m tallique ni sur l endroit du domaine noirci o sont fix s les contacts L clairage des bords est aussi viter Pourcela proc der comme suit etsi besoin est recommencer aussi souvent que n cessaire jusqu ce que l image obtenue soit optimis e Modifier la hauteur du diaphragme iris et de la lentille de mani re ce que le spot lumineux incide sur la zone noircie de la cellule photo lectrique tout en faisant toujours atten tion ce que le centre de la lentille reste la m me hauteur que le centre du diaphragme iris ventuellement aussi modifier la hauteur de la cellule photo lectrique et son inclin
3. 1 filtre d interf rence 405 nm 468 404 1 amplificateur lectrom tre 53214 1 adaptateur secteur enfichable 230V 12V 20W 562 791 1 condensateur STE 100 pF 630V 578 22 1 bouton poussoir contacteur STE unipolaire 579 10 1 voltm tre CC par ex multim tre 531 100 1 banc d optique profil normalis 1 m 460 32 ou 1 rail compl mentaire 0 5 m 460 34 2 cavaliers H 90 mm l 50 mm 460 352 3 cavaliers H 120 mm l 50 mm 460 357 2 fiches de fixation 590011 1 raccord droit BNC 501 10 1 adaptateur BNC 4 mm unipolaire 501 09 1 accouplement enfichable 340 89 1 prise de distribution 502 04 C bles d exp rience Les mesures sont r alis es pour diff rentes longueurs d onde x et diff rentes fr quences es c vitesse de la lumi re dans le vide v V de la lumi re rayonn e Si la fr quence de la lumi re incidente augmente de Av l nergie des lectrons augmente de h Av La tension limite doit tre augment e de AU pour compenser nouveau l augmentation du courant photo lectrique Conseil de s curit La lampe vapeur de mercure met aussi de la lumi re dans l ultraviolet et risque donc d ab mer les yeux Ne pas fixer le regard sur le faisceau lumineux direct ou r fl chi de la lampe vapeur de mercure Lire consciencieusement le mod
4. en fonction de la fr quence v R sultat Dans le cas de l effet photo lectrique l nergie cin tique Ecin des lectrons ject s d pend de la fr quence et pas de l in tensit de la lumi re rayonn e La constante de Planck h peut tre d termin e par la mesure de la tension limite Uo au del de laquelle les lectrons ne peuvent plus sortir en fonction de la fr quence v LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN D by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
5. la roue filtres avec le capuchon de la cellule photo lectrique afin d emp cherla p n tration de lumi re diffuse dans la cellule photo lectrique Montage lectrique Les photo lectrons qui incident sur la bague m tallique de la cellule photo lectrique chargent un condensateur et g n rent ainsi la tension limite Uo n cessaire pour la d termination de l nergie cin tique La tension au condensateur se mesure avec l amplificateur lectrom tre Le circuit de l amplificateur lectrom tre est r alis ainsi qu il lustr sur la fig 3 Enficherles fiches de fixation f raccorder le condensateur 100 pF et le bouton poussoir Enficher l accouplement enfichable g raccorder l adap tateur BNC 4 mm et le raccord droit BNC et relier l ensem ble la cellule photo lectrique avec le c ble blind gris Brancher les deux c bles noirs h de la cellule photo lec trique au raccord de mise la masse de l amplificateur lectrom tre Brancher le multim tre la sortie de l amplificateur lectro m tre En outre Pour la mesure de la tension 12 V de l amplificateur lec trom tre brancher l adaptateur secteur enfichable et pro c der au raccordement au r seau par le biais de la prise de distribution Relier le banc d optique ventuellement aussi la tige de l appareil de base pour la cellule photo lectrique au rac cord de mise la masse de l amplificateur lectrom tr
6. F incide sur la cathode K d une cellule photo lectrique Les photo lectrons ainsi lib r s parvien nent l anode A et chargent le condensateur C jusqu la tension limite Uo Le facteur de proportionnalit h est appel constante de Planck et a la valeur d une constante naturelle Dans cette interpr tation de la lumi re chaque photo lectron est lib r d un photon et quitte l atome avec l nergie cin tique Ecin h v Wk 11 Wk repr sentant ici le travail d extraction des lectrons Il est fonction du mat riau irradi La constante de Planck h peut tre d termin e en faisant incider de la lumi re monochromatique sur une cellule photo lectrique donc de la lumi re d une certaine longueur d onde et en mesurant l nergie cin tique Ein des lectrons qui s chappent La fig 1 montre sous forme sch matis e le montage pour une telle exp rience La lumi re incide travers une anode annu laire ici un fil de platine sur une couche de potassium Le potassium convient bien comme mat riau pour la cathode en raison de son faible travail d extraction les lectrons de valence ne sont que faiblement li s dans les m taux alcalins Certains des photo lectrons ject s parviennent l anode et sont d cel s sous forme de courant photo lectrique I Si on laisse les photo lectrons aller l encontre d une tension n gative augmentant successivement le courant photo lectri que dimin
7. LEYBOLD Physique atomique et nucl aire Exp riences d initiation Constante de Planck Objectifs exp rimentaux m Mise en vidence de l effet photo lectrique LEYBOLD Fiches d exp riences de physique D termination de la constante de Planck S lection de longueurs d onde avec des filtres d interf rence sur le banc d optique E Mesure de l nergie cin tique des lectrons en fonction de la fr quence de la lumi re E D termination de la constante de Planck h D monstration du fait que l nergie cin tique des lectrons ne d pend pas de l intensit de la lumi re Notions de base Par irradiation avec de la lumi re ondes assez courtes des lectrons peuvent tre ject s de la surface de certains m taux effet photo lectrique Leur nergie d pend ici uniquement de la fr quence v de la lumi re incidente et non de son intensit celle ci ne d termine que le nombre d lectrons ject s Cet tat de fait est en contradiction avec la physique classique et a t interpr t pour la premi re fois en 1905 par Albert Einstein Il supposa que la lumi re est constitu e d un flux de particules lesdits photons dont l nergie E est propor tionnelle la fr quence E h 1 Fig 1 Sch matisation du montage exp rimental pour la mesure de la constante de Planck h l aide de l effet photo lectri que De la lumi re monochromatique g n r e par le filtre de longueur d onde
8. aison avec les vis en dessous du socle R gler la taille du spot lumineux l aide du diaphragme iris de mani re ce que la plus grande partie de la zone noircie de la cellule photo lectrique soit clair e mais pas les bords ni la bague m tallique ni les contacts sur la couche noircie Eventuellement r gler la nettet du spot lumineux en d pla ant la lentille sur le banc d optique LEYBOLD Fiches d exp riences de physique P6 1 4 3 Fig 2 Montage exp rimental sur le banc d optique avec indica tion du positionnement en cm pour le bord gauche du cava lier a Lampe vapeur de mercure b Diaphragme iris c Lentille f 100 mm d Roue filtres avec filtres d interf rence e Cellule photo lectrique Fig 3 R alisation du circuit de l amplificateur lectrom tre pour la mesure de la tension limite Uo TOC AU Q cl e N B Une fois ces ajustages r alis s il faut les laisser tels quels et ne plus les modifier Mettre le capuchon sur la cellule photo lectrique A l aide d un cavalier H 120 mm positionner la roue filtres avec diaphragme iris juste devant la cellule photo lectrique sur le banc d optique relier le diaphragme iris de
9. e puis connecter ce dernier au raccord externe de mise la terre de la prise de distribution P6 1 4 3 R alisation N B Un d p t de potassium issu de la couche photosensible de la cathode sur l anode annulaire risque de susciter un courant lectronique perturbateur Si besoin est proc der au nettoyage de l anode annulaire en la faisant chauffer ainsi que d crit dans le mode d emploi de la cellule photo lectrique Des impuret s sur la cellule photo lectrique peuvent occa sionner des courants superficiels entre l anode et la cathode et affecter ainsi la mesure de la tension limite Us Nettoyer la cellule photo lectrique avec de l alcool La tension au condensateur peut tre influenc e par des effets d influence Eviter de bouger pendant la mesure Il n est pas n cessaire d obscurcir la salle les r sultats des mesures ne sont pas fauss s par la lumi re environnante Mettre le multim tre en marche et r gler le s lecteur de la plage de mesure sur 1 V de tension continue Tourner le filtre d interf rence pour la lumi re jaune Aug 578 nm pour le placer dans la marche des rayons D charger le condensateur pour ce faire maintenir le bouton poussoir enfonc jusqu ce que le multim tre affiche 0 V Lancerla mesure en rel chant le bouton poussoir attendre 30 s 1 min jusqu ce que le condensateur se soit charg jusqu la tension limite Uo Noter la valeur mesur e pour Uo
10. e d emploi de la lampe vapeur de mercure et s en tenir aux indications donn es LEYBOLD Fiches d exp riences de physique Sionrapporte la tension limite Uo v en fonction de v on obtient conform ment IlI une droite avec la pente AUo h Av e v Pour une charge l mentaire e connue on obtient ainsi la contante de Planck h Pour la s lection de la longueur d onde on utilise dans l exp rience des filtres d interf rence bande troite qui s lectionne chaque fois exactement une raie parmi la lumi re spectrale d une lampe vapeur de mercure L indication de la longueur d onde sur le filtre se r f re la longueur d onde de la raie de mercure transmise Montage Montage optique N B La lampe vapeur de mercure atteint sa pleine intensit seulement apr s avoir chauff pendant environ 10 min Mettre la lampe vapeur de mercure en service tout au d but de l exp rience pour ainsi pouvoir commencer r aliser les mesures tout de suite apr s avoir termin le montage Le montage exp rimental est repr sent sur la fig 2 la posi tion du bord gauche du cavalier est indiqu e ici en cm Brancher la bobine de self universelle au r seau par l inter m diaire de la prise de distribution Monter la lampe vapeur de mercure l aide d un cavalier H 90 mm en respectant la position indiqu e la brancher la bobine de self universelle et la mettre en marche Fixer la cellule photo
11. ue continuellement La tension pour laquelle le cou rant photo lectrique devient juste z ro est caract ris e de tension limite Ug Les lectrons les plus faiblement li s soit ceux avec l nergie d extraction la plus faible WK et donc la plus grande nergie cin tique ne vont plus l encontre de la tension anodique Dans cette exp rience la tension anodique est g n r e par l interm diaire d un condensateur que les lectrons incidents chargent jusqu la tension limite Uo cf fig 1 Il est possible de d terminer l nergie cin tique de ces lectrons faiblement li s partir de la tension limite Us e Ug h v W l1 e charge l mentaire Ici W n est plus le travail d extraction WK de la cathode tant donn que le potentiel de contact entre la cathode et l anode intervient galement dans le bilan nerg tique P6 1 4 3 Mat riel 1 cellule photo lectrique pour la d termination deh 55877 1 appareil de base pour la cellule photo lectrique 558 791 1 lampe vapeur de mercure 45115 1 douille E 27 fiche multiple 45119 1 bobine de self universelle 230 V 50 Hz 451 30 1 lentille f 100 mm 46003 1 diaphragme iris 460 26 1 roue filtres avec diaphragme iris 558792 1 filtre d interf rence 578 nm 468 401 1 filtre d interf rence 546 nm 468 402 1 filtre d interf rence 436 nm 468 403
Download Pdf Manuals
Related Search