Пиши Дома Нужные Работы


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. 8.1). При освещении фотоэлемента из катода вы­летают электроны и под дей­стви­ем электрического поля попадают на анод. По цепи идет ток.

Газонаполненный фотоэлемент содержит какой-либо инертный газ под небольшим давлением. Первичные фотоэлектроны ионизируют атомы газа, что приводит к увеличению тока, проходящего через элемент.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом

(полупроводниковые фотоэлементы)

 

Фотосопротивление. Действие его основано на явлении фотопроводимости. На рис.8.2 показано включение фото­со­про­тив­ления в электрическую цепь. Без освещения фото­со­противления ток в цепи практически от­сут­ствует, при освещении ток возрастает в тысячи раз.

Фотосопротивления обладают чувстви­тельностью в сотни и тысячи раз боль­шей, чем фотоэлементы с вне­ш­ним фото­эф­фектом. Кроме того, они име­ют широ­кий диапазон спектральной чув­стви­тель­но­сти: от инфракрасных до рентгеновских и g - лучей.

Недостатками их являются зна­чи­тель­ная инерционность и зави­си­мость свойств от температуры.

Вентильные фотоэлементы (фо­то­э­лементы с запирающим слоем). В вентильных фотоэлементах ис­поль­зу­ет­ся фотогальванический эффект (разновидность внутреннего фотоэффекта). В отличие от других фотоэлементов, вентильные фотоэлементы не требуют при работе источника тока, так как сами являются таким источником.

 

Вольт - амперные и люкс - амперные характеристики фотоэлементов

 

Вольт - амперной характеристикой фо­­то­элемента называется кривая, выража­ю­щая зависимость фототока от напряжения. На рис. 8.3 показана вольт - амперная харак­те­рис­тика вакуумного фотоэлемента. Она отличается двумя особенностями:

а) при увеличении напряжения U между анодом и катодомфототок IФ достигает насыщения (с увеличением освещенности ток насыщения возрастает);

б) существует такое значение за­дер­­жи­вающей разности потенциалов Uз , 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.

Вольт - амперные характеристики фотосопротивлений имеют линейный характер.

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 времениnпропорционально освещенности (Iн = е n ~ E).

Световая характеристика фотосопротивлений имеет нелинейный характер.

 

Применение фотоэлементов

 

Фотоэлементы используются в технике и в научных исследованиях. Например, они применяются в звуковом кино для воспроизведения звука, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике. Фотоэлементы позволяют управлять на расстоянии процессами производства. При нарушениях хода процесса изменяется поток света, попадающего на фотоэлемент, и создается ток, выключающий весь процесс. С помощью фотоэлементов измеряются весьма слабые световые потоки (например, в биологии, астрофизике), регистрируются инфракрасные спектры, осуществляется фотографирование в темноте и т.д.

Вентильные фотоэлементы используются для изготовления “солнечных” батарей, преобразующих энергию Солнца в электрическую энергию. Кремниевые “солнечные” батареи применяются, например, для питания аппаратуры на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях.

Фотоэлементы могут быть использованы для измерения освещенности рабочих мест. Приборы, служащие для измерения освещенности, называются люксметрами.

 

Выполнение работы

 

1. Ознакомиться с имеющимися на ла­бора­тор­ном столе приборами.

2.Снять вольт – ам­пер­нуюхарактеристику ва­куумного фотоэлемента (СЦВ-4):

2.1. Поместив фото­эле­мент СЦВ-4 на оп­ти­чес­кую скамью, собрать электрическую цепь по рис. 8.4.

2.2. Подать напря­же­ние сети на вы­пря­ми­тель и источник света. Из­ме­няя напряжение U, по­даваемое на фото­э­ле­мент, от 0 до 120-150 В, снять зависимость (7-10 точек) силы фототока Iфот напряжения для двух расстояний r1 и r2 фотоэлемента от источника света. Результаты измерений занести в табл. 8.1.

Таблица 8.1

 

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

 

П р и м е ч а н и е. Расстояния r1 иr2 необ­хо­ди­мо подбирать такими, чтобы шкала миллиампер­метра использовалась как можно полнее. Фототок мож­но измерять в отно­си­тель­ных единицах (в де­ле­ни­ях шкалы прибора).

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

3. Снять люкс - амперную характеристику.

3.1. При постоянном напряжении (U = cоnst) снять зависимость силы фототока Iфот освещенности Е фотоэлемента. Так как освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния r , то изменять ее можно путем изменения r. Результаты измерений занести в табл. 8.2.

 

Таблица 8.2

 

Номер U, B =
измерения r Iф, А E = 1/r2
. . .      

 

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. 8.2 построить график

 

Iф = f (E) = f (1 / r2).

4. Снять характеристики фотосопротивления.

4.1. Выключить выпрямитель. На место фотоэлемента подключить в цепь фотосопротивление, установив его на оптическую скамью. По аналогии с п.п. 2,3 снять однувольт - амперную и одну люкс - амперную кривые для фотосопротивления. Результаты занести в таблицы, аналогичные табл. 8.1 и 8.2.

4.2. По измеренным данным построить графики Iф= f (U), Iф =f (E).

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Понятие о квантовых свойствах света. Энергия кванта света.

2. Явление внешнего фотоэффекта и его закономерности.

3. Внутренний фотоэффект и его объяснение на основе зонной теории строения вещества.

4. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, его физический смысл.

5. “Красная граница” фотоэффекта.

6. Объяснение закономерностей фотоэффекта на основе квантовой природы света

7. Вольт - амперные и люкс - амперные характеристики вакуумного и газонаполненного фотоэлементов.

8. Зависимость тока насыщения фотоэлементов от освещенности.

9. Задерживающая разность потенциалов и ее связь с кинетической энергией электрона, вылетевшего из катода в результате фотоэффекта.

10. Зависимость проводимости фотосопротивления от освещенности.

11. Вольт - амперная и люкс - амперная характеристики фото­сопро­тив­ле­ния.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.