Описание установки

Используемый в настоящей работе фотоэлемент с внешним фотоэффектом типа СЦВ (сурьмяно-цезиевый, вакуумный) изображен на рис. 2. Фотоэлемент представляет собой стеклянный баллон, внутри

Рис. 2

которого располагаются анод А и катод К. Воздух из баллона откачен. Катод напыляется на внутреннюю поверхность колбы, анодом служит металлическое кольцо. Существенное значение для фотоэффекта имеет материал, из которого сделан катод. Важно, чтобы этот материал имел наименьшую работу выхода электронов. Из всех металлов наименьшей работой выхода электронов обладает цезий. Но изготовить фотокатоды из чистого цезия не представляется возможным, т. к. цезий уже при комнатной температуре плавится. Поэтому цезий используется в соединении с сурьмой.

Фотоэлемент 1 включён в электрическую цепь, приведённую на рис. 3. Постоянное напряжение, подаваемое на фотоэлемент от выпрямителя, измеряется вольтметром V, а ток через фотоэлемент – микроамперметром μА. Изменение подаваемого на фотоэлемент напряжения осуществляется с помощью регулятора напряжения (автотрансформатора) РН и переменного сопротивления R, расположенного на щите приборов.

Свет на фотоэлемент падает от лампы накаливания 2, которая включается в сеть 220 В переменного тока. Фотоэлемент и лампа накаливания закреплены на стойках, размещённых на рельсовом основании, и снабжены указателями.

Стойку с лампой накаливания можно перемещать по рельсовому основанию, на котором установлена миллиметровая линейка 3.

Измерительные приборы смонтированы на специальном щите, закрепленном на стене. Фотография установки приведена на рис. 4.

Рис. 4.

1

2

3

РН

R

Порядок выполнения работы

В работе необходимо снять следующие характеристики фотоэлемента:

1. Зависимость фототока i от светового потока F, падающего на фотокатод, при постоянном анодном напряжении.

Световой поток, падающий на фотокатод, равен: F = E·S,

где Е – освещенность фотокатода, S - его площадь.

Освещенность фотокатодаЕ = I / r ² , где I - сила света источника, r - расстояние от источника света до фотокатода. Отсюда световой поток равен:

(2)

2. Зависимость фототока i от анодного напряжения V фотоэлемента при освещении фотокатода постоянным световым потоком.

Измеренные зависимости представляются в виде графиков.

У П Р А Ж Н Е Н И Е 1

Изучение зависимости тока фотоэлемента от светового потока

1. Включить лампу накаливания и регулятор напряжения РН в сеть.

2. С помощью регулятора напряжения РН и переменного сопротивления R на щите приборов установить напряжение на фотоэлементе 250 В. В ходе опыта следить, чтобы это напряжение оставалось неизменным.

3. Придвинуть лампу на минимальное расстояние от фотоэлемента, при котором стрелка микроамперметра испытывает максимальное (в пределах шкалы прибора) отклонение, и отсчитать значение фототока i по микроамперметру. Расстояние между фотоэлементом и лампой отсчитывают по линейке, закреплённой на основании.

4. Увеличить расстояние между лампой и фотоэлементом на 2 см и снова произвести отсчет фототока по микроамперметру. И далее, увеличивая это расстояние интервалами сначала по 2 см, а затем по 5 см, делать отсчеты значений фототока до тех пор, пока не будет произведено 10 - 12 измерений.

5. Для каждого положения лампы вычислить по формуле (2) значения светового потока, падающего на фотокатод. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

№№ опыта	i, мкА	r, м	F, лм
1.
2.
…….
10.

6. По полученным данным построить график зависимости фототока от светового потока. Значение силы света I лампы и площади фотокатода S указаны на установке.

При построении графиков необходимо учесть, что световой поток, который изменяют, необходимо откладывать по оси абсцисс, а фототок – по оси ординат. В соответствие с результатами измерений выбирают и размечают по осям координат равномерную масштабную сетку, на осях координат указывают физические величины и единицы их измерений. Относительно масштабных сеток ставятся чётко обозначенные экспериментальные точки, которые соединяют плавной кривой.

График строить на компьютере в программе Microsoft Excel (Таблицы Excel).

Ниже приведен пример оформления графика.

У П Р А Ж Н Е Н И Е 2

Изучение зависимости тока фотоэлемента от анодного напряжения

1. С помощью регулятора напряжения РН и переменного сопротивления R установить напряжение на фотоэлементе 200 В.

2. Установить источник света на минимальное расстояние от фотоэлемента, при котором стрелка микроамперметра испытывает максимальное (в пределах шкалы прибора) отклонение.

3. Установить на фотоэлементе напряжение равное нулю и записать показания микроамперметра.

4. Оставляя положение лампы неизменным, постепенно увеличивать напряжение на фотоэлементе от 0 до 200 В интервалами сначала через каждые 5 В, затем через 10 В и, наконец, через 20 – 50 В таким образом, чтобы фототок возрастал более или менее равномерно. Одновременно для каждого значения напряжения на фотоэлементе отсчитывают значения фототока. Всего должно быть сделано не менее 10 измерений, результаты которых занести в таблицу 2.

Таблица 2

№№ опыта	i, мкА	V, В
1.
2.
…….
10.

5. По полученным данным построить график зависимости фототока от напряжения. При построении графиков необходимо учесть, что напряжение, который изменяют, необходимо откладывать по оси абсцисс, а фототок – по оси ординат.

График строить на компьютере в программе Microsoft Excel.