Экспериментальная часть

Вакуумный сурьмяно-цезиевого фотоэлемента (СЦБ-3), выполнен в виде стеклянного баллона, воздух из которого откачен до давления 1,33∙10^-4…1,33∙10^-5Па. На одну половину внутренней поверхности баллона на подкладочный слой магния или серебра нанесен тонкий слой сурьмы, а затем тонкий слой цезия. Образующееся при этом соединение служит катодом. Такой катодК обладает малой работой выхода и следовательно красная граница фотоэффекта для данного фотоэлемента находится в видимой части спектра, в центральной части баллона расположен металлический анод А, имеющий форму сферы (рис.2). Если на катод К направить пучок света и создать между анодом и катодом разность потенциалов, то ускоряемые электрическим полем электроны летят к аноду и обеспечивают прохождение тока. Получаемый ток зависит от освещенности. Фототок растет с напряжением, но при определенном напряжении достигает насыщения и дальнейшее повышение напряжения не приводит к увеличению тока. Зависимость фототока от напряжения выражают кривой, называемой вольт–амперной характеристикой фотоэлемента (рис.3).

рис.2 рис.3

При постоянном напряжении величина фототока насыщения пропорциональна потоку световой энергии Ф падающего на катод.

, (2)

где γ интегральная чувствительность фотоэлемента, величина фототока насыщения Iн, отнесенная к одному люмену потока световой энергии.

Величина γ для различных вакуумных элементов имеет значение от нескольких микроампер на люмен до 150 мкА/лм. Поток световой энергии выражается формулой

, (3)

где S – площадь фотокатода в м²;

–расстояние от источника света до фотокатода;

I –сила света источника в канделах.

Для данного фотоэлемента: S=14 см²; I=1,92кд.

Из формул (2) и (3) получим:

. (4)

Как известно освещенность площадки (в данном случае фотокатода) пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от площадки.

; (5)

Но так как между силой фототока и силой света источника существует прямая зависимость, то, следовательно, сила фототока обратно пропорциональна квадрату расстояний. Для увеличения чувствительности, фотоэлементы наполняют разреженным инертным газом при давлении ≈1,3...13Па. Ускоренные электрическим полем фотоэлектроны ионизируют частицы инертного газа. Вторичные электроны, полученные в результате ионизации, также ускоряются полем и ионизируют молекулы газа. В итоге к аноду устремляется все возрастающее число электронов, что приводит к увеличению чувствительности фотоэлемента.

Для исследования фотоэффекта собирается схема рис.4.

рис.4

Фотоэлемент и электрическая лампочка, служащая источником света, помещены в трубу. Фотоэлемент надежно защищен от постороннего света. Размеры спирали лампочки малы, по сравнению с расстоянием от лампочки до фотокатода и поэтому ее можно рассматривать как точечный источник света.