3.5. Характеристики фотоэлементов

Световой характеристикой называют зависимость между силой фототока и величиной падающего светового потока при условии, что напряжение между электродами фотоэлемента сохраняется неизменным. Эта зависимость выражается формулой:

I_Ф = КФ, (7.8)

где I_Ф – фототок, измеренный в микроамперах, Ф – световой поток в люменах, К – коэффициент пропорциональности, называемый чувствительностью фотоэлемента. В вакуумных фотоэлементах существует пропорциональная зависимость между I_Ф и Ф, следовательно, для них К = const. В газонаполненных фотоэлементах интегральная чувствительность К  const и превышает чувствительность вакуумных фотоэлементов.

Вольтамперной характеристикой фотоэлемента является зависимость фототока I_Ф от напряжения U между электродами при неизменном световом потоке Ф (см. п.3.2.).

В данной работе рассматриваются разные варианты изучения фотоэффекта. Один из вариантов – экспериментальное проведение работы. Здесь предлагается выполнение двух заданий: 1) изучение световой характеристики фотоэлемента; 2) измерение вольтамперной характеристики. Второй вариант предполагает компьютерное изучение смоделированного фотоэффекта.

Вариант 1

4. ИЗУЧЕНИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОЭФФЕКТА И ЕЁ ЗАВИСИМОСТИ

ОТ СВЕТОВОГО ПОТОКА

4.1. описание рабочей установки и метода измерения

Фотоэлемент ЦГ-4 (цезиевый газонаполненный типа 4), используемый в нашей работе, представляет собой заполненный инертным газом стеклянный баллон (рис. 7.3). Фотокатод из цезия 2 выполнен в виде тонкого слоя металла, нанесённого на внутреннюю поверхность баллона 1. Анод фотоэлемента 3

изготовлен в виде диска или сферы, помещённых в центре баллона. Включение фотоэлемента в электрическую цепь производится через контакты 4 и 5.

Внешний вид установки представлен на рис. 7.4.

Электрическая схема установки приведена на рис. 7.5.

Рис. 7.3

220 В 220 В

Рис. 7.5

На электроды фотоэлемента Ф_Э подаётся постоянное напряжение от источника питания (ИП). ИП соединён с потенциометром (R), позволяющим изменять напряжение на катоде Ф_Э, измеряемое вольтметром (V). Ток фотоэлемента измеряется микроамперметром (мкА). Источник света – лампа (Л) питается от сети 220 В. Для увеличения срока службы и улучшения работы фотоэлемент помещён в специальный футляр-оправу с открывающимся окошечком, которое должно быть закрытым, если измерения в данный момент не проводятся.

Рис. 7.4. 1 – источник питания (ИП); 2 - источник света – лампа (Л); 3 – конденсорная линза; 4 –микроамперметр; 5 - ; 6 - фотоэлемент

Сила света J источника (Л) известна, однако на фотоэлемент попадает лишь малая часть света. Световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла  (рис. 7.6), определяется по формуле

Ф = J. (7.9)

Величина телесного угла может быть найдена, если известно расстояние r от источника света до освещаемой поверхности S:

Рис. 7.6

. (7.10)

Сила света J указана на футляре осветителя, площадь открытого участка фотокатода измеряется в процессе работы. Для того, чтобы изменить величину светового потока, освещающего катод, нужно изменить расстояние между фотоэлементом и лампой – осветителем r. Приборы устанавливаются на оптической скамье, что позволяет по её шкале определить величину r.

В работе необходимо измерить световую и вольтамперную характеристики фотоэлемента.