Исследование фотоэлементов

Цель работы: снять вольт-амперную и люкс-амперную характеристики вакуумного фотоэлемента и фотосопротивления.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, вакуумный фотоэлемент СЦВ-4, фотосопротивление, вольтметр, миллиамперметр, выпрямитель, источник света.

Сведения из теории

Подробно теоретические сведения для данной лабораторной работы изложены в разделе 4.3.2. Фотоэффект. Виды фотоэлектрического эффекта (стр. 271-276 данного учебного пособия).

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом

Вакуумный фотоэлемент представляет собой откачанный стеклянный баллон, часть внутренней поверхности которого покрыта тонким слоем светочувствительного металла, играющего роль фотокатода. Анод А находится в центре баллона (рис. 9.1). При освещении фото­эле­мента из катода вылетают электроны и под действием электрического поля попадают на анод. По цепи идет ток.

Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики фотоэлементов

Вольт-амперной характеристикой фотоэлемента называется кривая, выражающая зависимость фототока от напряжения. На рис. 9.2 показана вольт - амперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Она отличается двумя особенностями:

а) при увеличении напряжения U между анодом и катодом фототок I_Ф достигает насыщения (с увеличением освещенности ток насыщения возрастает);

б) существует такое зна­чение задерживающей разности потенциалов U_З , при котором фототок прекращается. Электроны перестают достигать анода, когда работа задерживающего электрического поля становится равной их начальной кинетической энергии: ,

где е, m и v - это заряд, масса и скорость электрона соответственно.

Люкс-амперной (или световой) характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока от освещенности катода при постоянном напряжении. У вакуумных фотоэлементов световая характеристика линейна, так как число выбитых электронов в единицу времени n пропорционально освещенности (I_н = е n ~ E).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с имеющимися на лабораторном столе приборами.

2. Снять вольт-амперную характеристику вакуумного фотоэлемента (СЦВ-4):

2.1. Поместив фотоэлемент СЦВ-4 на оптическую скамью, собрать электрическую цепь по рис.9.3.

2.2. Подать напряжение сети на выпрямитель и источник света.

Рис. 9.3

Изменяя напряжение U, подаваемое на фотоэлемент, от 0 до 120-150 В, снять зависимость (7-10 точек) силы фототока I_ф от напряжения для двух расстояний r₁ и r₂ фотоэлемента от источника света. Результаты измерений занести в табл. 1.

П р и м е ч а н и е. Расстояния r₁ и r₂ необходимо подбирать такими, чтобы шкала миллиамперметра использовалась как можно полнее. Фототок можно измерять в относительных единицах (в делениях шкалы прибора).

Таблица 1

Номер	U, В	Iф, А
измерения		r1 =	r2 =
1 . . 7

2.3. По измеренным данным построить графики I_ф = f (U).

3. Снять люкс-амперную характеристику:

3.1. При постоянном напряжении (U = cоnst) снять зависимость силы фототока I_ф от освещенности Е фотоэлемента. Так как освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния r , то изменять ее можно путем изменения r. Результаты измерений занести в табл. 2.

П р и м е ч а н и е. U = сonst должно быть подобрано так, чтобы r можно было менять в широком пределе.

3.2. По данным табл. 2 построить график I_ф = f (E) = f (1 / r²).

Таблица 2

Номер	U, B =
измере-ния	r	Iф, А	E = 1/r2
1 . . . 7