Теория методов и описание установок
I и II. Исследование фотоэлемента
Исследование фотоэлемента заключается в получении экспериментальным путем следующих его основных характеристик:
1. Зависимости сила фототока i от приложенного напряжения при постоянном световом потоке Ф (т.е. i = f(u) при Ф = const) называемом вольтам-перной характеристикой.
2. Зависимости фототока насыщения iнас светового потока при постоянном анодном натяжении U (т.е. iнас = f(Ф) при U = const) называемой световой характеристикой.
Снятие характеристик вакуумного фотоэлемента типа СЦВ – 3 проводится на измерительном установке, электрическая схема которой показана на рис.1.
Рис.1
В установке используется источник переменного тока, выпрямитель В параллельно которому включен потенциометр R. При помощи потенциометра можно изменять напряжение на фотоэлементе от 0 и до 200 В.
Фотокатод фотоэлемента освещают электрической лампочкой Л, которая укреплена на оптической скамье и может перемещаться вдоль нее (электрическая лампа Л включается в сеть с напряжением 220 В).
Фотокатодом исследуемого вакуумного фотоэлемента СЦВ – 3 служит соединение сурьмы и цезия Cs3Sb, которое образуется путем последовательной конденсации паров этих металлов в вакууме. Электрические выводы от катода и анода впаяны в нижнюю часть баллона фотоэлемента и вмонтированы в его цоколь. Фотоэлемент такого устройства специально для осмотра помещен на демонстрационном стенде в лаборатории.
Порядок выполнения работы
I. Исследование зависимости силы фототока от величины приложенного к фотоэлементу напряжения (снятие вольтамперной характеристики вакуумного фотоэлемента).
1. Включить измерительную установку (см. рис. 1) и электролампу в сеть ~ 220 В.
2. Лампу установить на расстоянии r1 = 10 см от фотоэлемента.
3. Изменяя анодное напряжение, снять вольтамперную характеристику i = f(u) фотоэлемента.
Измерение фототока i1 проводить при возрастании напряжения через каждые 10 вольт от 0 до 120 В. Результаты измерений занести в табл. 1.
Талица 1.
№№ пп |
U (B) |
i1 (мкА) |
i2 (мкА) |
1 |
0 |
|
|
2 |
10 |
|
|
3 |
20 |
|
|
… |
… |
|
|
12 |
120 |
|
|
4. Повторить измерения, установив электролампу на расстоянии
r2 = 20 см от фотоэлемента. Результаты измерения фототока занести в табл.1.
5. По полученным данным на одном листе миллиметровой бумаги построить два графика i = f(u) для двух положений источника света, откладывая по оси абсцисс напряжение, а по оси ординат - фототок.
II. Исследование зависимости фототока насыщения от светового потока (снятие- световой характеристики)
1. Включить измерительную установку (см. рис. 1) и электролампу в сеть ~ 220 В.
2. Установить на фотоэлементе постоянное напряжение 130 В.
3. Перемещая электролампу по оптической скамье к фотоэлементу с расстояния
r = 40 см до 10 см, через каждые 5 см измерять фототек. Результаты измерений занести в табл.2.
4. Повторить измерения фототока при удалении лампы от фотоэлемента через каждые 5 см в первоначальное положение. Результаты измерений фототока i2 занести в табл.2.
Таблица 2
№ пп |
r(м) |
i1(мкА) |
i2 (мкА) |
iср |
Ф (лм) |
1 |
0,40 |
|
|
|
|
2 |
0,35 |
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
9 |
0,10 |
|
|
|
|
U = 100 B, J = 1 ккд, S = 1 см2
5. Вычислить для каждого расстояния r среднее значение фототока
iср =
6. Вычислить для каждого расстояния r соответствующие значения светового потока Ф.
Указание: а) световой поток, падающий на фотокатод
Ф = ES (9)
где S (м2 ) – освещаемая площадь фотокатода;
Е (лк) - освещенность фотокатода, определяемая по формуле:
E = cos (10)
где J (св) – сила света источника (указана на устанке);
r (м) – расстояние от источника до фотокатода;
– угол падения световых лучей (в данном случае = 0 и cos = 1).
Тогда расчетную формулу для светового потока можно записать в виде:
Ф =
а) расстояние r от источника до фотокатода фотоэлемента в данной установке равно расстоянию от источника света до метки на масштабной линейке (см. установку);
б) значения анодного напряжения и, силы света источника и площади фотокатода S (указанной на установке) занести в отчет. Результаты вычисления светового потока Ф занести в табл.2.
7. Построить на миллиметровой бумаге график iср = f(Ф)