Упражнение 2. Изучение зависимости фототока от освещенности фотокатода.
1. Подать на фотоэлемент напряжение 100 В (этим достигается работа фотоэлемента в области тока насыщения).
2. Установить фотоэлемент на расстоянии 25 см от источника света и подобрать такую диафрагму, чтобы световой зайчик микроамперметра переместился почти на всю шкалу.
3. Удаляя источник света от фотоэлемента на расстояния 30, 35, 40 см и т. д., записать показания микроамперметра для каждого положения источника.
Принимая лампочку накаливания за точечный источник света, можно считать, что освещенность Ф фотокатода изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния R лампочки от фотоэлемента (Ф 1/R2). Откладывая по оси абсцисс величины 1/R2, а по оси ординат - соответствующие значения фототоков, получите зависимость силы фототока от освещенности фотокатода.
Контрольные вопросы:
1. Явление внешнего фотоэффекта.
2. Основные закономерности внешнего фотоэффекта. Опишите эксперименты, анализ которых позволил их обнаружить.
3. Объяснение основных закономерностей внешнего фотоэффекта на основе квантовых представлений.
4. Устройство, принцип действия и характеристики вакуумного фотоэлемента.
5. Эксперимент. Анализ результатов эксперимента.
6. Практические применения фотоэффекта. Устройство, принцип действия и характеристики вакуумного и газонаполненного фотоэлементов.
Лабораторная работа 52. Определение спектральной чувствительности селенового фотоэлемента.
В данной работе исследуется селеновый фотоэлемент (рис. 7). Он представляет собой металлическую пластинку 1 толщиной 1-2 мм, на которую испарением в вакууме наносят тонкий слой селена 2. Одним электродом селенового фотоэлемента служит эта пластинка, а другим - полупрозрачный слой золота 3, нанесенный на селен методом катодного распыления.
Селен обладает дырочной проводимостью, и необходимый запирающий слой (p-n переход) образуется на границе 4 селена и золота. Для контакта с тонкой золотой пленкой по периферии пленки наносится более толстый слой металла, к которому прижимается металлическое кольцо 5. Весь фотоэлемент помещается в герметически закрытый кожух со стеклянным окном 6 для света.
Рис.7. Устройство
селенового фотоэлемента.
Под интегральной чувствительностью фотоэлемента понимают величину фототока, который течет в короткозамкнутой цепи фотоэлемента при падении на него единицы потока немонохроматического света определенного стандартного источника.
В видимой области обычно используются лампы накаливания при температуре вольфрамовой нити около 3000 К.
Спектральная чувствительность () измеряется фототоком i(), возникающим в цепи фотоэлемента, при падении на него единичного светового потока F() данной длины волны:
. (2)
Построив зависимость () для значений длин волн, лежащих в пределах чувствительности фотоэлемента, получим спектральную характеристику фотоэлемента, которая определяет область его применения.
Спектральные характеристики в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра для всех металлов, кроме щелочных, имеют вид кривых, монотонно возрастающих с частотой.
На спектральных характеристиках щелочных металлов при увеличении частоты падающего света не обнаруживается непрерывного возрастания фотоэмиссии. При некоторой частоте чувствительность достигает максимума, а затем начинает спадать. Таким образом, поверхность щелочных металлов обладает избирательным (селективным) фотоэффектом в некоторой области спектра.
В зависимости от того, в каких единицах измерен лучистый поток, единицей измерения чувствительности служат либо ампер/люмен, либо ампер/ватт.
Cпектральная чувствительность селеновых фотоэлементов близка к спектральной чувствительности глаза, благодаря чему они широко используются в объективной фотометрии.
В данной работе определение спектральной чувствительности селенового фотоэлемента производится при помощи универсального монохроматора УМ-2, описание которого прилагается к работе. Селеновый фотоэлемент помещается непосредственно за выходной щелью монохроматора.
Сигнал регистрируется зеркальным амперметром со световым указателем.