840
.pdf- 32-
где S - площадь поверхности фоторезистора (указана на
рабочем месте).
3.5.3.2. Запишите результаты вычислений в mабл.З.4. 3.5.3.З. Вычислите значение фототока iф по формуле iф =i - io•
При малом значении темнового тока io величины фототока и
светового тока практически совпадают.
З.5.3.4. Запишите результаты вычислений в mабл.З.4.
З.5.З.5. Постройте график зависимости фототока от величины
светового потока iф = f(Ф) при U = Const (световая характеристика).
З.5.3.6. Вычислите по графику световой характеристики
интегральную чувствительность фоторезистора К = iф для 2-3
"ф
значений светового потока.
З.6. Контрольные вопросы
З.6.1. Как объясняется собственная проводимость
полупроводников?
3.6.2. Как объясняется примесная проводимость
полупроводников?
3.6.3. Укажите необходимое условие внутреннего фотоэффекта
(фотопроводимости) для собственных и примесных полупровоДни-
http://www.mitht.ru/e-library
.. 33·
полупроводников?
3.6.4. |
Как |
влияет |
изменение |
температуры |
на |
фотопроводимость полупроводников?
3.6.5. Что такое красная граница фотопроводимости? Как ее
рассчитать для собственных и примесных полупроводников?
3.6.6. Как устроен фоторезистор?
3.6.7. Какие характеристики фоторезистора изучаются в
работе?
3.6.8. Каковы достоинства и недостатки фоторезисторов?
3.6.9. Какие полупроводниковые материалы используются для
изготовления фоторезисторов?
Би6лиографический список
1 .Савельев И. В. Курс общей физики. -М.: Наука, т.3, 1982. -304с.
(§§ 57,59,65).
2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. -М.: Наука, т.3, 1983. -450с.
(§100)
http://www.mitht.ru/e-library
• З4.
Лабораторная работа Аф2
Изучение спектров испускания и
поглощения
при помощи монохроматора
2.1. Цель работы
Ознакомление с устройством спектрального прибора
монохроматора УМ2, построение градуировонного графика
монохроматора, получение спектров испускания и noглощения.
2.2. Теоретические основы работы
В зависимости от того, свет какого источника исследуется,
спектры бывают: линейч8ты e или атомные, молекулярные,
сплошные. Всё это спектры испускания или эмиссионные.
http://www.mitht.ru/e-library
-35
2.2.1.Линейчатые, или атомные спектры.
Изучение изолированных атомов, например. атомое
разрЯЖёННОГО одноатомного газа или пара металлов (Na, Hg)
отличается наибольшей простотой. Спектры таких газов состоят из
ряда дискретных спектральных линий разной интенсивности,
соответствующих различным длинам волн.
Линейчатый спектр можно возбудить различными способами.
Он появляется при различных видах электрического разряда 8
газах при нагревании паров металлов в пламени, длины волн
которых характерны для изучаемого атома; совокупность эти)(
линий И составляет характерный для данного атома линейчатый
спектр.
Спектры различных атомов отличаются чрезвычайным разнообразием, причём в некоторых из них, например, в спектре атома железа, насчитывается несколько тысяч линий.
Изучение линейчатых спектров показывает, что в расположении спектральных линий, образующих спектр,
наблюдается определенные закономерности: спектральные линии группируются в серии, расположенные в различных областя)(
спектра. Каждая серия состоит из ряда линий, расстояние между
которыми умеНbLuается с уменьшением длины волны,
приближаясь к некоторому пределу, вблизи которого линии
расположены очень тесно.
Впервые связь между частотами линий спектра водорода установил Бальмер в 1885 г. Впоследствии Ридберг и Ритц
http://www.mitht.ru/e-library
- 36-
(в1890г.) представили частоты всех линий спектра
водородного атома следующей формулой
(2.1)
эдесь у- частота данной линии, R- постоянная Ридберга, с
скорость света, т, n - целые числа, причем m > п.
Для серии Лаймана, находящейся в ультрафиолетовой
области, имеем |
n =1 m=2, 3, 4 ••• |
Для серии Бальмера в видимой области спектра, имеем n =2
m =3, 4,5...
Для серии Пашена в инфракрасной области спектра имеем n
= 3 m = 4,5,6...
Таким образом, в обобщенной формуле (2.1) n дает номер
серии, а число m - номер спектральной линии в данной серии.
Спектральные закономерности в спектре водорода можно
объяснить исходя из теории Бора.
Согласно модели Бора-Роэерфорда, атом водорода состоит
из ядра, положительный заряд которого равен по абсолютной
величине заряду электрона, и одного электрона, вращающегося
вокруг ядра. Теория водородного спектра построена на трех
постулатах Бора, содержание которых сводится к следующему.
1) Электрон может вращаться вокруг ядра только по таким
орбитам, на которых момент количества движений электрона
http://www.mitht.ru/e-library
- 37-
равен целому кратному от некоторого числа h/2n I которое можнс
трактовать как элементарный момент количества движений, Т.е:
m |
|
v |
|
r |
|
= |
h |
(2.2) |
. |
. |
• |
n -- ' |
|
||||
|
|
|
|
2п |
|
|||
где те - масса электрона, VN его скорость на П-ой орбите, |
||||||||
дозволенной первым постулатом, rn - |
радиус этой Орбиты, h - |
|||||||
постоянная Планка, n - любое целое число (п= 1,2,3 К, (0). Это
число n называется главным квантовым числом.
2) Электрон, движущийся по любой из орбит, дозволенных
первым постулатом, не излучает энергию.
З) Атом при переходе электрона с какой-либо дальней орбиты
на орбиту, расположенную ближе к ядру, излучает один квант
энергии.
Это положение может бьггь выражено следующим
равенством:
(2.3)
где n и m - номера орбит, дозволенных первым постулатом,
причем m > п, WN И Wm - полные энергии электронов на этих
орбитах, Vmin - частота света, излучаемого атомом при переходе
электрона с m-ой орбиты на П-ую орбиту.
Применим постулаты Бора к выводу формулы, позволяющей
рассчитать длины волн, соответствующие линиям водородного
спектра.
http://www.mitht.ru/e-library
- 38-
Электрон в водородном атоме будет вращаться по орбите
радиусом Г если центростремительная сила. удерживающая
"
электрон на орбите, будет равна кулоновской силе притяжения
электрона к ядру.
m V 2 |
|
|
е |
n |
(2.4) |
|
|
|
r
D
Решая совместно уравнения (2.2) и (2.4), можно найти значение радиуса n ..ай орбиты и скорость электрона на ней:
|
|
|
nh |
(2.5) |
||
V n |
- |
|
, |
|||
|
21!rn m е |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
n 28 |
h 2 |
(2.6) |
||
r n |
- |
|
||||
|
|
о |
|
|
||
1!m |
е 2 |
|
||||
|
|
|
||||
е
Электрон в атоме водорода находится в электрическом поле ядра. Его потенциальная энергия в этом поле равна
W/I |
е 2 |
(2.7) |
4"8 or/l
http://www.mitht.ru/e-library
- 39-
Кроме того. электрон имеет кинетическую энергию. котора5'
равна
[' ' |
|
|
|
|
|
|
т l'- |
|
|
|
(2.8) |
|
е |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Полная энергия на орбите |
|
||||
W=W +W |
= -----., |
(2.9) |
|||
|
пот |
" |
8Л80у" |
||
|
|
|
|||
Подставляя выражение для rn из (2.6) получаем:
(2.10)
Из (2.9) видно, что энергия электрона обращается в нуль, если
радиус орбиты бесконечно велик. Знак минус показывает, что
энергия уменьшается с уменьшением радиуса орбиты. Таким
образом, низшее энергетическое состояние электрона
соответствует орбите, наиболее близкой к ядру.
К тому же выводу можно придти на основании формулы (2.10).
Энергия электрона обращается в нуль для орбиты с бесконечнс большим значением главного квантового числа n . При
уменьшении главного квантового числа энергия убывает. принимая
все большие отрицательные значения. Следовательно, состояние
:; минимальной энергии nОЛ)'чается при наименьшем значении ~1
Это соответс"вует наиболее близкой к ядру орбите
http://www.mitht.ru/e-library
-40-
Здесь рассматривается простейший возможный случай -
движение электрона на плоских орбитах. При этом электрон имеет
одну степень свободы и для полного описания его движения достаточно задания одной постоянной. Такой постоянной может служить энергия электрона. Энергия квантована с помощью главного квантового числа N. Таким образом, для описания
состояния электрона на круговой орбите в атоме водорода
достаточно одного квантового условия.
Ев
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
r , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=2 |
|
|
|
|
|
CepшJ&льмера |
|||||
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
CePUR Лafмна |
п=1 |
||||
1
Рис. 2.1. Диаграмма энергетических уровней атома водорода
http://www.mitht.ru/e-library
- 41 -
Из сказанного следует, что электрон может находится лишь на
определенных энергетических уровнях, задаваемых значениями
П=1,2,3... и т.д. (согласно формуле (2.10)). Промежуточны€
энергетические уровни невозможны.
На рис 2.1 приведена диаграмма энергетических уровней
круговых орбит атома водорода и показано образование серий спектральных линий. Энергия уровня отложена на вертикальной
оси. Горизонтальные линии соответствуют разрешенным
энергетическим уровням, Т.е. целым значениям главного
квантового числа n . При больших n расстояние между
соседними разрешенными уровнями становится все меньше и при
n = 00 уровни следуют непрерывно, образуя так называемый
континуум. Нормальное положение электрона, соответствующее
наименьшей возможной энергии, будет при n = 1.
Если электрон переходит с одного уровня на другой, то его
энергия изменится скачком на величину h у. в случае перехода
на более низкий уровень испускается фотон, или квант, лучистой
энергии.
Этот квант лучистой энергии, испускаемый атомом при переходе электрона с т -ой орбиты на n -ую орбиту, согласно (2.10), будет
равен:
http://www.mitht.ru/e-library