Оптика (3 семестр) / ЛР12_оптика
.pdf
Вопросы:
23. Что такое фоторезистор и как меняются его свойства под действием света?
Фоторезистор – это резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под влиянием световых лучей, падающих на светочувствительную поверхность и не зависит от приложенного напряжения, как у обычного резистора.
Фоторезисторы имеют чувствительность, которая изменяется с длиной волны света
35. Что такое фототок? От чего зависит фототок?
Фототок — это электрический ток, возникающий в фотоэлементе при воздействии света.
Сила фототока зависит от приложенного напряжения при неизменном световом потоке следующим образом. С увеличением напряжения фототок сначала растет, достигая наибольшего значения, получившего название тока насыщения. Сила фототока пропорциональна падающему световому потоку.
Зависимость фототока от напряжения
Протокол наблюдений:
φ2 = 1, φ3 = 0.6 φ4 = 0.3
Таблица 1.1
U, В |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I(φ2), |
0.136 |
0.186 |
0.215 |
0.237 |
0.258 |
0.271 |
0.275 |
0.275 |
0.278 |
0.271 |
0.279 |
0.279 |
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I(φ3), |
0.1 |
0.145 |
0.169 |
0.185 |
0.193 |
0.201 |
0.199 |
0.202 |
0.208 |
0.206 |
0.207 |
0.211 |
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I(φ4), |
0.086 |
0.128 |
0.149 |
0.161 |
0.171 |
0.175 |
0.176 |
0.179 |
0.183 |
0.182 |
0.184 |
0.185 |
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2
U, В |
13 |
14 |
15 |
16 |
18 |
20 |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I(φ2), |
0.283 |
0.289 |
0.283 |
0.287 |
0.284 |
0.291 |
0.292 |
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
I(φ3), |
0.213 |
0.211 |
0.204 |
0.211 |
0.209 |
0.217 |
0.213 |
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
I(φ4), |
0.184 |
0.186 |
0.183 |
0.185 |
0.184 |
0.191 |
0.188 |
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
Светофил |
λ, нм |
|
|
U3, В |
|
|
ьтр |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Синий |
515 |
0.556 |
0.55 |
0.544 |
0.528 |
0.575 |
|
|
|
|
|
|
|
Зеленый |
550 |
0.41 |
0.37 |
0.376 |
0.38 |
0.365 |
|
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов: Построим зависимость фототока от напряжения:
Определим силу тока насыщения Iн:
Iн= eη s ϕ = eη λ S ϕ |
||||
|
|
hν |
|
hc |
|
|
eη λ |
с S |
−6 |
Iн2 с |
= |
|
|
ϕ 2=1.848 10 |
hc |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
eη λ |
с S |
−6 |
Iн3 с |
= |
|
|
ϕ3=1.109 10 |
hc |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
eη λ |
с S |
−6 |
Iн4с |
= |
|
|
ϕ 4=0.543 10 |
hc |
|
|||
|
|
|
|
|
Iн = eη λ з S ϕ 2=1.973 10−6
2 з hc
Iн = eη λ з S ϕ 3=1.184 10−6
3 з hc
[ A]
[ A]
[ A]
[ A ]
[ A]
I |
= |
eη λ з S |
ϕ |
4 |
=0.592 10−6 |
[ A ] |
|
||||||
|
н4 з |
hc |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Построим зависимость Iн (φ):
Рассчитаем значение запирающего напряжения: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Синий |
0.556 |
0.550 |
|
0.544 |
0.528 |
0.575 |
|
|
|
|
|
|
|
Зеленый |
0.41 |
0.37 |
|
0.376 |
0.38 |
0.365 |
|
|
|
|
|
|
|
Упорядочим значения по возрастанию: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Синий |
0.528 |
0.544 |
|
0.55 |
0.556 |
0.575 |
|
|
|
|
|
|
|
Зеленый |
0.365 |
0.37 |
|
0.376 |
0.38 |
0.41 |
|
|
|
|
|
|
|
U¯зc= ΣNU зс =0.551[В]
U¯зз = ΣNU зз =0.38 [В]
Для числа измерений N=5 и точности P=0.95 коэффициент для определения случайной погрешности по размаху выборки равен 0.51
Uзc=β p , N R=0.51 (0.575−0.528)=0.024
Uзз =β p , N R=0.51 (0.41−0.365)=0.023
U¯зc=0.55±0.02 [В]
U¯зc=0.38±0.02[В]
-для синего
-для зеленого
Заполним таблицу:
v1 |
v2 |
Uзс |
Uзз |
ɑэ |
ɑ |
hэ |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гц |
Гц |
В |
В |
В/Гц |
В/Гц |
Дж*с |
Дж*с |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.583*10 |
0.545*10 |
0.55 |
0.38 |
4.47*10- |
4.14*10- |
7.152*10 |
6.63*10-.3 |
15 |
15 |
|
|
15 |
15 |
-34 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
v0 |
v0' |
λ0 |
λ0' |
A |
A' |
|
|
|
|
|
|
|
В |
Гц |
Гц |
нм |
нм |
эВ |
эВ |
|
|
|
|
|
|
|
-1.89 |
0.42*1015 |
0.42*1015 |
714 |
714 |
2.78*10- |
2.78*10-19 |
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ν = |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ν 1= |
|
3 10 |
8 |
=0.583 1015 |
[ Гц] |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
−9 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
515 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ν 2= |
|
3 10 |
8 |
=0.545 1015 |
[ Гц] |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
−9 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
550 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
U¯з |
|
|
0.55−0.38 |
|
−15 |
|
|
|
|
α э= |
|
|
= |
|
=4.47 10 |
[В / |
Гц ] |
|
||||
|
ν |
0.583 1015−0.545 1015 |
|
|||||||||
y=a (ν −ν 0 ) |
=> ν 0= av− y = |
4.47 1015 0.545 10−15−0.55 |
=0.42 1015[ Гц] |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
a |
|
4.47 10−15 |
|
|
||
y=ax +b |
|
=> b= y−ax=0.55−4.47 1015 0.545 10−15=−1.89[В] |
|||||
v0 '=−b = |
1.89 |
|
=0.42 1015 |
||||
4.47 10−15 |
|||||||
|
aэ |
|
|
||||
λ 0= |
c |
= |
|
3 108 |
=714 нм |
||
|
0.42 1015 |
||||||
|
v0 |
|
|
||||
A=hν 0 =6.63 10−34 0.42 1015=2.78 10−19 [эВ]
Построим координатые оси (y,x) = (Uз, v):
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы мы исследовали закономерности эффекта фотоэлектронной эмиссии. Построили графики зависимостей для тока насыщения, фототока от напряжения; координатные оси (U,v), измерили запирающее напряжение для синего ( U¯зc=0.55±0.02 [В] ) и
зеленого ( U¯зc=0.38±0.02[В] ) светофильтров. Оценили работу выхода
электронов, постоянную планку и красную границу для материала установки