Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента

Ц е л ь: изучение законов фотоэффекта

П р и б о р ы : фотоэлемент типа ЦГ-4, вольтметр на 250-350 В, микроамперметр, реостат на 4000Ом, осветитель, выпрямитель

Т е о р и я м е т о д а

Кванты света при взаимодействии с некоторыми веществами могут вырывать из атомов этих веществ электроны. Это явление называется фотоэффектом.

Если освобожденные электроны выходят за пределы веществ, то фотоэффект называется внешним.

Если электроны, освобожденные от связи с атомом, остаются в пределах веществ, то фотоэффект называются внутренним.

А.Г. Столетовым экспериментально были установлены следующие законы фотоэффекта:

1. Фотоэффект наблюдается при освещении светом только отрицательно заряженных пластин – электродов.

2. Фотоэффект наблюдается при освещении преимущественно коротковолновой частью спектра.

3. Сила фототока пропорциональна световому потоку.

4. Скорость освобожденных фотоэлектронов зависит только от частоты падающего света.

Все экспериментальные закономерности были объяснены на основе квантовых представлений о свете.

Основное уравнение фотоэффекта – уравнение Эйнштейна - представляет собой закон сохранения энергии и устанавливает связь между энергией кванта света, вызывающего фотоэффект, работой выхода электронов из металла и максимальной энергией вылетающего электрона.

hn = A +

Минимальная частота света, при котором еще возможен фотоэффект, называется порогом или красной границей фотоэффекта

n =

Приборы, устройство которых основано на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Вакуумный фотоэлемент изготавливается в виде стеклянного баллона, внутренняя поверхность которого, примерно наполовину, покрыта слоем чувствительного вещества, образующим «фотокатод». Анодом служит металлическая петелька или сетка, помещенная в центре баллона. Электрические выводы от анода и катода вмонтированы в цоколь фотоэлемента.

I

Если между анодом и катодом

создать электрическое поле, то

I_нас вырванные светом фотоэлектроны

будут ускоряться полем и возни-

кает электрический ток, изме-

ряемый микроамперметром.

Зависимость силы тока от прило-

U женного напряжения называется

вольтамперной характеристикой

фотоэлемента.

Прямолинейный участок от точки D характеризует ток насыщения. Точка С на оси ординат характеризует значение тока при отсутствии поля, т.е. ток, обусловленный наличием кинетической энергии освобожденного электрона. Отрезок ОВ характеризует значение задерживающей разности потенциалов, при которой прекращается фототок.

П о р я д о к р а б о т ы

1. Собрать схему.

2. Регулятор выпрямителя ВУП –2 М поставить на «min». Предел измерения вольтметра на 150В, микроамперметра на 25 мкА. Регулятор лампы освещения фотоэлемента БП-1 на 1–е деление.

3. По разрешению преподавателя установку включить в электрическую цепь на 220 В.

4. Увеличивая напряжение через каждые 10В до 60В, записать показания микроамперметра в таблицу. Эксперимент проделать 3 раза.

5. Регулятор напряжения выпрямителя установить в исходное положение.

6. Предел измерения микроамперметра поставить на 200мкА, а регулятор

освещения в положение 2.

7. Повторить пункты 4 и 5.

8. Регулятор освещения ввести в положение 3.

9. Повторить пункт 4, увеличивая напряжение через каждые 10В до 80В.

10. Выключить установку от сети. Построить вольтамперную характеристику фотоэлемента для каждого положения ручки осветителя на одной диаграмме.

Световой поток Ф зависит от положения регулятора освещения Ф₁<Ф₂<Ф₃. При построении графика учесть, что в отсутствии напряжения на аноде фотоэлемента фототок не равен нулю.

Для используемой лампы (фотоэлемента ФЭУ - 2) при положении осветителя:

1. l₀₁ = 110 нА 2. l₀₂ = 210 нА 3. l₀₃ = 330 нА

Таблица

U, B			№	10	20	30	40	50	60	70	80
I, mкA	I	Ф1 сред	1
			2
			3
	II	Ф2 сред	1
			2
			3
	III	Ф3 сред	1
			2
			3

Схема

Ф - фотоэлемент, С - световой фильтр, Р- потенциометр,

ТР - трансформатор, К- ключ.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1. Какое явление называется фотоэффектом?

2. Перечислить законы фотоэффекта

3. Что такое порог фотоэффекта?

4. Начертить вольтамперную характеристику, объяснить смысл

характерных точек графика.

5. Записать уравнение фотоэффекта и объяснить его.