Определение чувствительности фотоэлемента. Снятие вольтамперной характеристики газонаполненного фотоэлемента (Лаб).

Цель: Ознакомиться со строением и принципом действия фотоэлементов, опытно-расчетным путем определить чувствительность фотоэлементу.

Студент должен знать и уметь: явление фотоэффекта, понятие о фотоэлементы, основы теории погрешностей, уметь оценивать погрешности прямых и косвенных измерений.

Приборы и оборудование: селеновый фотоэлемент с колпачком и диафрагмой, G — зеркальный гальванометр, L — осветитель с лампочкой накаливания, V — вольтметр, R — потенциометр, S — источник тока.

Краткие теоретические сведения.

Кванты света при взаимодействии их с некоторыми веществами могут вырвать из атомов этих веществ электроны, которые станут таким образом свободными. Эти электроны получили название фотоэлектронов, а само явление — фотоэлектрического эффекта.

Основное уравнение фотоэффекта представляет собой закон сохранения энергии. Это уравнение устанавливает связь между энергией кванта света (, что вызывает фотоэффект, работой, затрачиваемого на выход электрона из металла (А) и кинетической энергией вылетающих электрона .

Уравнение имеет вид:

(1)

Приборы, строение которых основана на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Различают фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные или газонаполненные) и фотоэлементы, основанные на фотоэффекте в запирающей слое. В данной работе используют селеновый фотоэлемент с запирающей слоем и газонаполненный фотоэлемент.

Селеновый фотоэлемент состоит из железной пластинки М, покрытой слоем селена А, на который нанесен сверху полупрозрачный слой золота или другого металла. На границе между селеном и золотым слоем образуется запирающих слой В. Если освещать селен, то гальванометр покажет наличие тока И в кругу. Электроны могут переходить только в одном направлении от селена к золоту; обратный переход для них закрыт. В таком фотоэлементе Лучистый энергия падающего света напрямую будет переходить в энергию электрического тока.

Чувствительностью фотоэлементу называется отношение величины тока , что дает фотоэлемент, до величины падающего на него светового потока Ф:

(2)

Чувствительность выражают . Преобразуем формулу (2), заменив Ф = ES, а :

(3)

— освещенность поверхности фотоэлементу при нормальном падении света

На поверхность.

И — сила света лампочки накаливания.

— расстояние между источником света и фотоэлементом.

S — площадь светочувствительного слоя фотоэлементу, на которую падает световой поток,

Равна площади диафрагмы фотоэлементу.

Если d — диаметр диафрагмы, то:

(4)

Подставив (4) в (3), получим окончательную формулу для определения чувствительности фотоэлементу:

(5)

Последовательность выполнения работы

Собрать схему согласно рис.1,

Где ВА — оптическая скамья; Ф — селеновый фотоэлемент; G — зеркальный гальванометр;

L — осветитель; V — вольтметр; R — потенциометр; S — источник тока.

Рис. 1

2. Не включая лампочки, определить нулевую точку гальванометра (При открытом фотоэлементе), предварительно установив цену деления шкалы гальванометра.

3. Установить напряжение на лампочке 127 В, и поддерживать ее все время реостатом R (сила света лампочки при напряжении 127 В равна 10 кд.).

4. Фотоэлемент и источник света устанавливают друг от друга на таком расстоянии, чтобы гальванометр давал отклонение более чем на половину шкалы.

5. Открыв крышку фотоэлементу определяют по гальванометр величину фототока и и расстояние от фотоэлемента до лампочки. Сила фототока, создаваемая светом самой лампы:

6. Измерить диаметр D диафрагмы фотоэлементу.

7. Опыт повторить три раза, меняя понемногу .

8. Подставляя в формулу (5) значения , из трех опытов, определяют три значения для .

9. Результаты измерений занести в таблицу.

№ Опыта
1
2
3
Ср.

II. Снятие вольтамперной характеристики газонаполненного

Фотоэлемента.

Действие фотоэлементов с внешним фотоэффектом основана на потере отрицательного заряда катодом фотоэлемента при освещенности его поверхности. На рис. 2 В — газонаполненный фотоэлемент, который представляет собой стеклянный сферический баллон, наполненный инертным газом при давлении 1-0,005 мм. рт. ст. К — фотокатод,

А — анод фотоэлемента.

Рис. 2

Если на фотокатод подействовать светом с длинами волн, которые способны вырвать электроны, то в кругу пойдет ток, величина которого зависит от освещенности фотокатода светом и от спектрального состава источника света. Наибольшая длина волны или соответствующая ей наименьшая частота , при которой начинается фотоэффект, называется порогом фотоэффекта, или красной границей.

Для порога фотоэффекта

, потому .

Для большинства веществ порог фотоэффекта лежит в ультрафиолетовой части спектра, и только в щелочных металлов наблюдается заметный фотоэффект при видимом свете, поэтому чаще всего их используют для изготовления фотокатода.

Электроны, вырванные светом из катода К, летят на анод А, ускоренные электрическим полем, приложенным между катодом и анодом. Фототок, текущей в кругу фотоэлемента, измеряется гальванометром q.

Зависимость силы фототока и в фотоэлементе от величины приложенного к нему напряжения (при неизменной освещенности фотокатода) называется вольт-амперной характеристикой фотоэлемента.

Последовательность выполнения работы.

1. Собрать схему включения газонаполненного фотоэлемента (рис.2).

2. Газонаполненный фотоэлемент располагают на оптической скамье.

3. Лампочку осветителя в 20-50 кд ставят на расстоянии = 30, 40, 50 см от фотоэлемента и для каждого положения лампочки измеряют: силу фототока и в гальванометре через каждые 10 В, начиная от нуля до полного исключения потенциометра Р, затем уменьшают напряжение через каждые 10 В до нуля.

4. Результаты измерений представляют в виде трех графиков .

Значение фототока (по оси у) принимают средними из значений, полученных при увеличении и уменьшении напряжения. По оси х откладывают значения напряжения .

5. Результаты измерений занести в таблицу.

№ N / n		При увеличении	При уменьшении	При	При	Среднее
1	0	0
2	10	10
3	20	20
4	30	30
5	40	40
6	…	…

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление фотоэффекта?

2. Что называется внешним фотоэффектом? Внутренним?

3. Законы фотоэффекта.

4. Формула Эйнштейна для фотоэффекта.

5. Красная граница фотоэффекта.

6. Устройство и принцип действия вакуумного фотоэлемента.

7. Устройство и принцип действия полупроводникового фотоэлемента.

8. Применение фотоэлементов.

• Переработка животных виды
• Переработка животных виды
• Технологическая схема производства алкогольных напитков ариант
• Вино органолептический анализ
• Определение общей (титруемой) кислотности
• Классификация основных процессов пищевых производств.

Реферати :

• зачистка и туалет туш
• санитарная характеристика овощей и плодов.
• фото классификации мясных полуфабрикатов
• правила приемки и метод отбора проб молока пастеризованного
• лекции сладкие блюда
• брак при производстве пралиновых конфет
• угловые фрикционные передачи материалы катков
• бизнес план фермерского хозяйства выращивание зерновых и масличных
• оборудование перемешивания фарша для котлет