Лабораторна робота № 8.1

 

Визначення інтегральної чутливості фотоелементу

Прізвище _____________   Група ______   Дата ______

 

Мета роботи: дослідити залежність величини фотоструму від величини падаючого світлового потоку.

Теоретичні відомості

 

Напівпровідникові фотоелементи, які інакше називають вентильними або фотогальванічними, застосовуються для перетворення енергії випромінювання в електричну енергію. Основним елементом такого пристрою є шар, що має односторонню провідність. В якості такого шару можна використати р-п-перехід або контакт метал-напівпровідник, якому притаманні вентильні властивості. Електрони, поглинаючі фотони, набувають енергії, достатньої для подолання потенціального барьєру, що виникає на контакті або р-п-переході. При цьому в колі виникає електрорушійна сила та повязаний з нею cтрум.  Таке  явище  має назву вентильного фотоефекту (окремий випадок внутрішнього фотоефекту).

В даній роботі використовується сірчано-срібний фотоелемент, який відноситься до типу вентильних. Будова такого фотоелементу наведено на Рис. 1.  

 

Верхній напівпрозорий електрод 1  - це дуже тонкий шар металу, нанесений розпорошенням у вакуумі на щар напівпровідника 3. При цьому між провідником та напівпровідником (в даному випадку між сріблом  та сірчастим сріблом) утворюється запираючий шар 2. Світло, що падає на поверхню фотоелемента, викликає рух електронів всередині фотоелементу від верхнього напівпрозорого електроду крізь запираючий шар до напіпровідника та нижнього елктроду. Внаслідок цього на верхньому електроді фотоелемента виникає позитивний надлишковий заряд, а на нижньому – від’ємний.  Таким чином, виникає різниця потенціалів на електродах фотоелемента, і в зовнішньому колі протікає електричний струм (фотострум), величина якого нелінійно залежить від світлового потоку.

В даній  роботі необхідно побудувати графік залежності фотоструму від величини світлового потоку, тобто залежність

 

Опис установки

Фотоелемент Ф, захищений металевою трубкою Т від розсіяного світла, закріплений нерухомо на  дерев’яній підставці. Клеми фотоелемента з’єднані з гальванометром. Всередині металевої трубки меншого діаметра знаходиться електрична лампочка з  силою світла 2 кд. Лампочка живиться від  понижуючого трансформатора . Металева трубка з лампочкою вставляється в захисну трубку фотоелемента. Переміщуючи трубку з лампочкою всередині трубки з фотоелементом, можна змінювати відстань  між лампочкою та фотоелементом. Мінімальна відстань від лампочки до фотоелемента   вказана на панелі установки.

 

Порядок виконання роботи

1.                Ввімкнути трансформатор, що живить лампочку та, переміщуючи трубку з лампочкою всередині трубки з фотоелементом, встановити стрілку гальванометра на 20-ту поділку шкали.

2.                Переміщуючи трубку з лампочкою, встановити стрілку гальванометра на 18, 16, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2-гу поділку шкали. Для  кожного значення фотоструму необхідно знайти  шляхом додавання  до відстані, на яку висунуто трубку під час отримання нових показів гальванометра.

Всі дані досліду занести в таблицю:

 

Кількість поділок гальванометра

Фотострум,

Відстань від лампочки до фотоелемента,

Освітленість,

Світловий потік,

20

 

 

 

 

18

 

 

 

 

16

 

 

 

 

14

 

 

 

 

12

 

 

 

 

10

 

 

 

 

8

 

 

 

 

6

 

 

 

 

4

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3.                Обчислити освітленість фотоелемента:

 

,

 де - сила світла лампочки.

4.                Обчислити світловий потік, що падає на фотоелемент:

 


,

 

де - площа поверхні фотоелемента.

5.                За даними  таблиці побудувати графік  залежності  та визначити інтегральну чутливість фотоелемента:

 

.

 

Контрольні запитання

1.      В чому суть вентильного фотоефекту?

2.      Пояснити механізм утворення запорного шару на межі метал-напівпровідник -типу; метал-напівпровідник -типу.

3.      Що називають внутрішнім фотоефектом?

4.      Що називають червоною границею фотоефекту?

5.      Намалюйте графік залежності енергії фотоелектронів від частоти при зовнішньому фотоефекті.

6.      Як побудований сірчасто-срібний фотоелемент?

7.      За рахунок чого виникає контактна різниця потенціалів?

8.      Де застосовуються фотоелементи?

Звіт про виконану роботу

  1. Величини, що вимірюються:

-фотострум, ;

-відстань, на яку ви двигається труба, .

Величини, що обчислюються:

- відстань між лампочкою та фотоелементом, ;

- освітленість фотоелемента, ;

- світловий потік, що падає на фотоелемент, .

  1. Результати експерименту: