Порядок выполнения работы. Для исследования фотоэлемента применяют схему, приведенную на рис 12. 1

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Для исследования фотоэлемента применяют схему, приведенную на рис 12.1. Источником света И служит электрическая лампочка. Фотоэлемент ФЭ помещен в металлическую трубу, укрепленную на штативе, надежно защищен от постороннего света и может перемещаться по оптической скамье. Фототок в цепи фотоэлемента измеряют микроамперметром, напряжение между электродами, подаваемое от батареи Б измеряют вольтметром V. Потенциометр R ступенчато регулирует подаваемое напряжение. Область отрицательных напряжений в данной работе не исследуется.

З А Д А Н И Е 1. Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента

1. Установить источник света на расстоянии r ₁ от фотоэлемента.

2. Включить установку. Тумблером "ВКЛ" включить источник света.

3. Изменяя регулятором напряжение между электродами, снять показания микроамперметра, заполняя таблицу 12.1. Значения фототока снимать до тех пор, пока он не перестанет увеличиваться, т.е. до достижения тока насыщения.

4. Установить источник света на расстоянии r ₂ от фотоэлемента, на 10 ÷ 20 см отличающимся от r ₁. Повторить измерения согласно п.3.

5. Пользуясь данными таблицы 12.1, построить для расстояний r ₁ и r ₂ два графика I = f (U) на одной системе координат.

Таблица 12.1

r 1 = …
U,В
I,мкА
r 2 = …
U,В
I,мкА

З А Д А Н И Е 2. Снятие световой характеристики и определение интегральной чувствительности фотоэлемента

Световой характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока от светового потока, падающего на фотоэлемент. Световая характеристика устанавливает прямо пропорциональную зависимость между фототоком и световым потоком при неизменном напряжении между катодом и анодом

I = γ Ф. (12.4)

Коэффициент пропорциональности γ, различный у каждого фотоэлемента, называется интегральной чувствительностью фотоэлемента, которая численно равна величине фототока, которая возникает при освещении катода световым потоком один люмен:

γ= I /Ф. (12.5)

Из уравнения (12.5) видно, что величину γ можно определить как отношение ординаты к соответствующей абсциссе графика световой характеристики фотоэлемента I = f(Ф).

1. Достигнув тока насыщения при определенном значении расстояния r от источника света до фотоэлемента, оставить неизменным положение регулятора напряжения.

2. Изменяя расстояние r через равные промежутки (~ 2-5 см), снять 5 - 7 показаний микроамперметра, заполняя таблицу 12.2.

3. Произвести расчет светового потока Ф источника света по формуле

J

Ф = ------- S, (12.6)

r ²

где J - сила света источника; - площадь светочувствительного слоя фотоэлемента. Для нашей установки принять S = 4·10^-4 м²; J = 20 Кд (Кд - кандела - единица измерения силы света в системе СИ). Световой поток Ф измеряется в системе СИ в люменах (Лм). Занести полученные данные в таблицу 12.2.

4. Выбирая оптимальный масштаб, построить график световой характеристики фотоэлемента, т. е. зависимость силы фототока от падающего на фотоэлемент светового потока I = f (Ф).

5. На прямолинейной части этого графика взять 3-5 точек и для каждой определить величину γ. Единицы измерения интегральной чувствительности студент определяет самостоятельно.

6. Вычислить среднее значение < γ >, абсолютную Δγ и относительную погрешности ε_γ и записать окончательный результат в виде

γ = < γ > ± Δγ.

7. Выяснить у преподавателя паспортные данные изучаемого фотоэлемента и сравнить с результатом эксперимента.

ТАБЛИЦА 12.2

U = const
r, см
I, мкА
Ф, Лм

З А Д А Н И Е 3. Оценка квантового выхода фотоэффекта

Квантовым выходом фотоэффекта β называется отношение числа фотоэлектронов, достигающих анода в единицу времени, к числу фотонов, попадающих на катод за это же время. Оценка квантового выхода произвести для средней части видимого спектра (λ= 550 нм) по формуле

I · h ·ν

β = ------------, (12.7)

В · е · Ф

где I - фототок; е = 1,6·10^-19 Кл - заряд электрона; Ф - световой поток; В = 0,0016 Вт/ Лм - коэффициент перевода фотометрических единиц в энергетические. При расчете воспользоваться данными таблицы 12.2.

Закончив работу, выключить все элементы установки.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите о явлении фотоэффекта; о видах фотоэффекта.

2. В чем заключается суть внешнего фотоэффекта?

3. Сформулируйте законы фотоэффекта.

4. Что такое работа выхода электрона?

5. Почему в фотоэлементах, работающих в области видимого света, светочувствительный слой делают из щелочных металлов?

6. От чего зависит "красная" граница фотоэффекта?

7. Почему работа выхода электронов для цезия меньше, чем для калия?

8. Фотоэлемент освещают светом длины волны 0,55 мкм. "Красная" граница фотоэффекта составляет (выберите верный ответ): а) 600 нм; б) 3·10¹⁴ Гц; в) 3,2 эВ; г) 5·10^-19 Дж.

9. В каких ситуациях предыдущего задания фотоэффект возможен?

10. Объяснить вольт - амперную характеристику вакуумного фотоэлемента.

11. Чем можно объяснить ток насыщения?

12. Фотоэлемент освещают поочередно красным и синим светом, не меняя остальных характеристик установки. Сравнить максимальные скорости фотоэлектронов; задерживающие потенциалы; энергии падающих фотонов; энергии выбиваемых электронов; работы выхода для этих ситуаций.

Дата добавления: 2014-12-16