ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 91

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕМЕНТА

Фамилия И.О. _________________   Группа __________   Дата ______

 

Введение

Фотоэлемент является прибором, преобразующим световую энергию в энергию электрическую. Сернисто-серебряный фотоэлемент относится к типу вентильных. Строение сернисто-серебряного фотоэлемента и схема его включения приведены на рис. 54.

Верхний полупрозрачный электрод (1) представляет собой очень тонкий слой металла, нанесенный испарением в вакууме на слой полупроводника (3). При этом между проводником и полупроводником (в нашем случае это серебро и сернистое серебро) образуется промежуточный слой (2), называемый запорным. Запорный слой обладает свойством пропускать электроны преимущественно в одном каком-то направлении, т.е. является своеобразным электронным вентилем. При освещении фотоэлемента светом световая энергия частично поглощается электронами металлического полупрозрачного электрода (1) и частично электронами полупроводника (3).

Благодаря вентильным свойствам запорного слоя (2), энергетически обогащенные электроны при своем хаотическом движении чаще переходят из полупрозрачного электрода (1) в полупроводник (3) (проводящее направление в запорном слое), чем в обратном направлении.

Таким образом, падающий на фотоэлемент свет вызывает движение электронов внутри фотоэлемента от верхнего полупрозрачного электрода (1) через запорный слой (2) к полупроводнику (3) и нижнему электроду фотоэлемента (4). В результате этого на верхнем электроде фотоэлемента (вследствие притока к нему электронов) появляется избыточный положительный заряд, а на нижнем электроде – отрицательный заряд. Следовательно, возникает разность потенциалов на электродах фотоэлемента и во внешней замкнутой цепи проходит электрический ток (фототок).

В этой лабораторной работе необходимо построить статическую характеристику сернисто-серебряного фотоэлемента, т.е. графическую зависимость

iф=ƒ(Ф)

Здесь iф – фототок; Ф – световой поток, падающий на фотоэлемент в люменах.

Из этой характеристики можно определить среднюю интегральную чувствительность фотоэлемента, т.е. величину фототока, получаемого от фотоэлемента замкнутого на малое сопротивление при освещении его единицей потока белого света лампы накаливания. Чувствительность фотоэлемента (η) измеряется величиной фототока (i), выраженного в А и обусловленного световым потоком (Ф) в один люмен:

 

Описание установки

Фотоэлемент Ф, защищенный металлической трубкой от рассеянного света, укреплен неподвижно на деревянной подставке. Клеммы фотоэлемента соединены со стрелочным гальванометром Г (рис.55).

Внутри металлической трубки меньшего диаметра (не указанной на рисунке) находится электрическая лампочка силой света в 2 свечи.

Лампочка питается от понижающего трансформатора Тр. Металлическая трубка с лампочкой вставляется в защитную трубку фотоэлемента. Перемещая трубку с лампочкой внутри трубки с фотоэлементом, можно менять расстояние между лампочкой и фотоэлементом.

Минимальное расстояние от лампочки до фотоэлемента (R) указано на панели установки.

 

Порядок выполнения работы.

1.  Тумблером Тб включить трансформатор, питающий лампочку и, перемещая трубку с лампочкой внутри трубки с фотоэлементом, установить стрелку гальванометра на двадцатое деление шкалы.

2.  Перемещая трубку с лампочкой, установить стрелку гальванометра последовательно на 18, 16, … 4, 2 деление шкалы. Для каждого значения фототока необходимо найти расстояние между лампочкой и фотоэлементом, для чего к начальному расстоянию R необходимо прибавить расстояние, на которое выдвинут стержень.

3.  Все данные опыта записать в таблицу.

 

Число делений гальванометра

 

Фототок А

Расстояние от лампочки до фотоэлемента , м

Освещенность в лк, ,

I = 2 канделы

Световой поток в лм,

Ф = Е·S

20

 

 

 

 

18

 

 

 

 

16

 

 

 

 

14

 

 

 

 

12

 

 

 

 

10

 

 

 

 

8

 

 

 

 


6

 

 

 

 

4

 

 

 

 

2

 

 

 

 

4.  По данным граф 2 и 5 из таблицы построить графическую зависимость iф=ƒ(Ф) и определить интегральную чувствительность фотоэлемента:

 

Контрольные вопросы

1. Опыты Герца и Столетова.

2. Три закона фотоэффекта.

3. Зависимость фототока от напряжения. Какой ток называется током насыщения? Какое напряжение называется закрывающим?

4. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

5. Что называется работой выхода? От чего зависит работа выхода?

6. Что называется красной границей фотоэффекта?

7. Чему равна кинетическая энергия электронов, вылетевших из катода под действием падающего света?

8. Постройте график зависимости кинетической энергии и скорости фотоэлектронов от частоты падающего света.

9. Объясните с помощью уравнения Эйнштейна законы фотоэффекта.

10. Какие устройства называются фотоэлементами? Применение фотоэлементов.

11. Как при заданной частоте света изменится фототок насыщения с уменьшением освещенности катода?

12. Как из опытов по фотоэффекту определяется постоянная Планка?

13. Как устроен вентильный  фотоэлемент?

14. Объясните возникновение контактной разности потенциалов при контакте металл - полупроводник n-типа.

15. В чем заключается внутренний фотоэффект?

16. Почему фотоснимки проявляют при красном свете?

17. Можно ли фотографировать предметы в совершенно темной комнате? Почему?