3 сем / физика_3_14ЛР

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

отчет

по лабораторной работе №14

по дисциплине «Физика»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Студент гр. 9502		Позняк В.Ю.
Преподаватель		Черемухина И. А.

Санкт-Петербург

2020

Цели работы: изучение зависимости фототока в сернистом свинце от напряжения и освещенности

Экспериментальная установка для исследования внутреннего фотоэффекта изображена на рис. 14.1 , где ФС – фотосопротивление (типа ФС – Al); PU – вольтметр; РА – микроамперметр; R – реостат; SЭ эталонная лампа накаливания. Фотосопротивление и лампа установлены на оптической скамье.

Теоретические положения: Объектом исследования является фотосопротивление (рис. 14.3) – тонкий слой 1 полупроводникового материала, нанесенный на изолирующую пластинку 2. На краях слоя расположены электроды 3. Вся конструкция монтируется в пластмассовый корпус 4

При отсутствии освещения в цепи протекает темновой ток I_t , зависящий от приложенного напряжения и темнового сопротивления. При освещении ток I в цепи больше темнового тока I_t . Разность I_ф=I_t−I составляет фототок.

Интегральная чувствительность в общем случае вычисляется как отношение фототока I_ф к освещенности E:  = I_ф /E.

Величина фототока зависит не только от лучистого потока, но и от приложенного напряжения U, поэтому при задании чувствительности необходимо пользоваться понятием удельной чувствительности

u = I_ф/(ФU) =I_ф/(SEU) ,(14.3)

где  = SE – световой поток, падающий на фотосопротивление, S – площадь его поверхности, E – ее освещенность. Для точечного источника E =J/r², где J – сила света источника. Поэтому зависимость фототока от освещенности может быть представлена как

I_ф=U_ф/R=U_фSσ_ф/l=CE^y=C₁r^-2y, где S – площадь сечения полупроводникового слоя, l – расстояние между электродами, C₁= CJ^y .

Логарифмируя полученное выражение придем к линейной зависимости

Вопросы

Вариант №19

32. Как изменилась температура а.ч.т., если длина волны, на которую приходится максимум излучения, увеличилась в 3 раза?

=>

Уменьшится в 3 раза

11. Яркостная, цветовая и истинная температура.

Яркостная (   )- температура черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела

По закону Кирхгофа для исследуемого тела для длины волны λ имеем   =   , или, учитывая, что   =   ,   =   . Так как для нечерных тел A<1, то   <   , т.е.   <T (истинная температура тела Т всегда выше яркостной).

Цветовая (   ) - температура черного тела, при которой распределение энергии в спектре излучения исследуемого тела такое же, как в спектре черного тела при той же температуре

=  

В случае серого тела   =   , где   =const<1. Поэтому распределение энергии в спектрах излучения черного и серого тела одинаково, и можно применить закон смещения Вина. Для серых тел (или тел, близких к ним по свойствам) цветовая температура совпадает с истинной

Истинная температура тела Т определяется на основе законов теплового излучения Кирхгофа и Планка по формуле:

Т очность результата в первую очередь зависит от строгости выполнения условий пирометрия, измерений ( и др.). 

Протокол измерений

I, мкА	Напряжение, В
	0	3	6	9	12	15
Темновой It	0	10,92	22,51	34,10	45,69	57,28
При освещении,I	0	28,76	58,18	87,61	100	100

a=10 см, Е=2500 лк

I, мкА	Напряжение, В
	0	3	6	9	12	15
Темновой It	0	10,92	22,51	34,10	45,69	57,28
При освещении,I	0	20,78	42,23	63,69	85,14	100

a=20 cм E=625 лк

Наряжение U, В	I, мкА	Расстояние а,см
		10	15	20	25	30	35	40
10	Темновой It	37,96	37,96	37,96	37,96	37,96	37,96	37,96
	При освещении,I	97,42	81,22	70,84	63,79	58,79	55,11	52,33
15	Темновой It	57,28	57,28	57,28	57,28	57,28	57,28	57,28
	При освещении,I	100	100	100	96,02	88,51	83	78,82
Освещенность Е, лк		2500	1111	625	400	278	204	157

Обработка результатов

1. Построим графики зависимости темнового тока и фототока от напряжения при двух значениях освещенности.

I_ф = I - I_t

a=10 см, Е=2500 лк

I, мкА	Напряжение, В
	0	3	6	9	12	15
Темновой It	0	10,92	22,51	34,10	45,69	57,28
При освещении,I	0	28,76	58,18	87,61	100	100
Фототок, Iф	0	17,84	35,67	53,51	54,31	42,72

a=20 cм E=625 лк

I, мкА	Напряжение, В
	0	3	6	9	12	15
Темновой It	0	10,92	22,51	34,10	45,69	57,28
При освещении,I	0	20,78	42,23	63,69	85,14	100
Фототок, Iф	0	9,86	19,72	29,59	39,45	42,72

2. Вычислим фототок I_ф. Построим график зависимости фототока I_ф от освещенности Е для двух напряжений.

I_ф = I - I_t

Наряжение U, В	I, мкА	Расстояние а,см
		10	15	20	25	30	35	40
10	Темновой It	37,96	37,96	37,96	37,96	37,96	37,96	37,96
	При освещении,I	97,42	81,22	70,84	63,79	58,79	55,11	52,33
	Фототок, Iф	59,46	43,26	32,88	25,83	20,83	17,15	14,37
15	Темновой It	57,28	57,28	57,28	57,28	57,28	57,28	57,28
	При освещении,I	100	100	100	96,02	88,51	83	78,82
	Фототок, Iф	42,72	42,72	42,72	38,74	31,23	25,72	21,54
Освещенность Е, лк		2500	1111	625	400	278	204	157

3. Вычислим удельную чувствительность фотосопротивления при рабочем напряжении U = 15 В и освещенности E = 500 лк, s=96 мм²

Гu=5,9 10^-5 А*Вб/лм

4. Построим зависимость

r0=rmin=10			Iф0=Iф max=59,46 мкА
r,см	r/r0	ln(r/r0)	Iф,мкА	Iф/ Iф0	ln(Iф/ Iф0)
15	1,5	0,4055	43,26	0,7275	-0,3181
20	2	0,6931	32,88	0,5530	-0,5924
25	2,5	0,9163	25,83	0,4344	-0,8338
30	3	1,0986	20,83	0,3503	-1,0489
35	3,5	1,2528	17,15	0,2884	-1,2433
40	4	1,3863	14,37	0,2417	-1,4202

Оценим полученный график.

Так как линейная зависимость ln (I_ф/𝐼_ф0) = -2yln(r/r₀)+lnC₁ , а уравнение усредненной эксперементальной прямой ln (Iф/𝐼ф0) = -1,12*ln(r/r0) + 0,17, то y = -1,12/(-2) = 0,56

Δy = 0,03

y= 0,56 ± 0,03

Вывод:

В данной лабораторной работе были построены графики зависимости напряжения и освещенности от фототока. Выяснено, что при увеличении освещенности и напряжения, фототок увеличивается.

Была рассчитана удельную чувствительность фотосопротивления при рабочем напряжении U = 15 В и освещенности E = 500 лк и s=96 мм². Она равна Гu=5,9 10^-5 А*Вб/лм

В итоге был рассчитан коэффициент y и его погрешность: y= 0,56 ± 0,03.