4.2.2. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом

Фотоэлемент с внешним фотоэффектом представляет собой диод, у которого электронная эмиссия с катода возникает под действием падающего на него светового потока.

Устройство фотоэлемента показано на рис. 10. В стеклянном герметически закрытом баллоне расположены два электрода – катод 1 и анод 2. Фотокатод выполняется путем нанесения светочувствительного материала на внутренней поверхности стеклянной колбы фотоэлемента так, чтобы светочувствительный слой был обращен внутрь колбы. В качестве светочувствительного материала чаще всего применяется цезий. Анод фотоэлемента выполняется в виде небольшого кольца (или сетки), которое укрепляется на ножке в цоколе. При такой форме анод не мешает лучам света попадать на катод.

Рис. 10. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом изготавливаются двух типов: вакуумные и газонаполненные. У вакуумных фотоэлементов воздух откачивается до глубокого вакуума. У газонаполненных – после откачки воздуха колба заполняется инертным газом (аргоном, гелием) до давления порядка 0.01 – 1 мм. рт. ст.

Для исследования зависимости силы фототока от освещенности и напряжения на электродах, собирается схема, показанная на рис. 11. Фотоэлемент показан в удобном для представления виде. Освещенность катода изменяется изменением расстояния между источником света и фотоэлементом. При увеличении расстояния источника света, освещенность изменяется по закону:

.

где J – сила света источника, r – расстояние между источником света и фотоэлементом.

При приближении к источнику освещенность увеличивается по закону:

,

откуда для различных значений кратности освещенностей E, 2E, 3E, … расстояние между источником света и фотоэлементом будет равна ….

Рис. 11. Схема установки

3. Приборы и принадлежности:

• Прибор лабораторный – 1 шт.

• Провода – 2 шт.

• Источник питания – 1 шт.

4. Порядок выполнения работы

1. Подключить источник питания к прибору. Включить источник питания, прибор и фотоэлемент при помощи переключателей.

2. Установить источник света на расстоянии r от фотоэлемента.

3. Измерить силу фототока, изменяя напряжение от 0 В до 7 В с интервалом 1 В.

4. Повторить п. 3 для расстояний от источника света до фотоэлемента равными , и . Результаты измерений занести в таблицу 7.

5. По числовым данным таблицы построить на одном графике зависимости силы фототока от напряжения при различных освещенностях.

Таблица 7. Вольт-амперные характеристики фотоэлемента

№	r, см	U, В	0	1	2	3	4	5	6	7
1		I, мкА
2
3
4