Лабораторна робота 4.2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4.2.

Вивчення залежності сили фотоструму від

поверхневої густини потоку випромінювання..

Мета роботи: дослідити залежність сили фотоструму від поверхневої густини потоку випромінювання, за одержаними значеннями побудувати графік.

Обладнання: лабораторний прилад для вивчення законів фотометрії, джерело струму, міліамперметр, реостат, вимикач, з’єднувальні провідники..

Теоретичні відомості.

У цій роботі використовують селеновий фотоелемент (див. мал.). Він складається із залізної пластинки округлої форми 1, що вкрита шаром селену 2, на якій зверху розміщений тонкий, напівпрозорий шар золота 3. Від залізної пластинки до шару золота (на яке покладено контактне кільце 4) зроблені затискачі, за допомогою яких фотоелемент приєднують до електричного кола. В результаті відповідної обробки частина атомів золота проникає у селен, що має діркову провідність. На межі двох шарів з різною провідністю утворюється електронно-дірковий перехід (р – п).

При освітленні фотоелемента у селені утворюються вільні носії заряду, що під дією електричного поля (р – п) переходу розділяються: електрони накопичуються у електронному напівпровіднику, а дірки – у дірковому. Внаслідок цього на затискачах фотоелемента виникає фото - електрорушійна сила.

Якщо фотоелемент приєднати до амперметра та освітити його, то в колі виникне фотострум. Сила фотоструму залежить від поверхневої густини потоку випромінювання.

Прилад, з яким ви будете працювати (див. мал. 2), складається з горизонтально розміщеної пластмасової труби 1, що закрита. У лівій частині труби знаходиться селеновий фотоелемент, що приєднаний з двома затискачами 2 на торцевій частині труби. За допомогою рукоятки 3 фотоелемент можна обертати навколо горизонтальної вісі. Вісь обертання проходе через діаметр активної поверхні фотоелементу. Кут повороту визначають за шкалою кутоміра, що розміщена на корпусі приладу. Середня частина труби складається з двох половин. Знизу труби є щілина, закрита клапаном із чорної тканини. Вздовж щілини переміщується джерело світла. В нижній частині відкидної кришки труби укріплена шкала 4 з поділками від 0 до 30 см. Джерелом світла є лампа на 3,5 В.

У даній роботі треба вивчити залежність сили фотоструму фотоелемента від поверхневої густини потоку випромінювання та побудувати графік цієї залежності.

Поверхневу густину потоку випромінювання на фотоелемент Е визначають за формулою: , де Ф – повний потік енергії випромінювання джерела струму (його приблизно приймають 1 Вт), R – відстань між лампою та фотоелементом, м.

Порядок виконання роботи.

1. Приєднайте до джерела струму послідовно вимикач, реостат, лампу (яку розміщують на відстані 10 см від фотоелемента). До приладу приєднайте амперметр.

2. Увімкніть світло та запишіть покази амперметру.

3. Збільшуйте відстань на 2 см та записуйте кожного разу покази амперметра в таблицю.

4. Для кожного випадку розрахуйте значення поверхневої густини потоку випромінювання на фотоелемент за формулою, наведеною у теоретичних відомостях.

   Відстань між фотоелементом та лампою, м	Сила фотоструму, І, мкА	Поверхнева густина потоку випромінювання Е, Вт/м2

5. За числовими даними таблиці побудуйте графік залежності сили фотоструму (вісь абсцис) від поверхневої густини потоку випромінювання (вісь ординат). Зробіть відповідний висновок.

6. Не змінюючи відстані між лампою і фотоелементом, змінюйте кут нахилу фотоелемента до горизонту (за кутоміром), та слідкуйте за показами амперметру.

7. Дослідіть залежність сили фотоструму від косинуса кута нахилу фотоелементу.

8. Зробіть відповідний висновок.

Відстань між фотоелементом та лампою, м	Кут α, 0	cos α	Сила фотоструму, І, мкА	Поверхнева густина потоку випромінювання Е,

Контрольні питання

1. Чому під час виконання досліду не можна змінювати положення фотоелемента та накал лампи?

2. Сформулюйте закони освітленості від точеного джерела світла.

3. Як сила світла залежить від світлового потоку?

4. Як треба змінити відстань від лампи до фотоелемента, щоб сила фотоструму збільшилася у 2 рази?

5. На якій висоті висить ліхтар, якщо тінь від вертикально розташованої палки заввишки 0,9 м має довжину 1,2 м, а якщо її пересунути на 1 м від ліхтаря вздовж напрямку тіні, тінь зростає до 1,5 м?

Література.

1. Савельєв І.В. Курс фізики Т.2, 3.Изд. 3-е, М.: Наука,1986.

2. Детлаф А.А. та ін. Курс фізики. М.: Вища школа, 1973.

3. Дущенко В.П. Фізичний практикум К.: Вища школа, 1 ч., 1981.

4. Базакуца В.А. та ін. Лабораторний практикум по фізиці. Харків: ХГУ, 1969.