2.3. Теория метода и описание установки

Действие фотоэлементов с внешним фотоэффектом основано на потере отрицательного заряда катодом фотоэлемента при освещении его поверхности. На рис. 2.1: В – газонаполненный фотоэлемент, ко­торый представляет собой стеклянный сферический баллон, напол­ненный инертным газом при небольшом давлении порядка 1 -0.005 мм рт.ст. (наличие инертного газа повышает чувствительность фотоэле­мента, так как при достаточной разности потенциалов между катодом К и анодом А каждый фотоэлектрон может ионизировать атомы газа, а следовательно, создать лишние электроны),

На одну половину внутренней поверхности баллона В путем распыления нанесен тонкий слой разных металлов; этот металличе­ский слой К представляет собой фотокатод. В качестве материала для изготовления фотокатода применяются щелочные металлы Na, К, Rb, Cs, так как для этих металлов наблюдается заметный фотоэффект уже при видимом свете - работа выхода А у этих металлов небольшая (таблица на установке). Металлический анод А фотоэлемента имеет форму сферы и расположен в центральной чисти баллона. Электрические выводы от катода и анода впаяны в нижнюю часть баллона и вмонтированы в цоколь фотоэлемента.

Если на фотокатод К подействовать светом, содержащим длины волн, способные вырвать электроны, то есть столкновение фотонов с электронами приведет к выбиванию электронов из фотокатода, то по цепи пойдет ток, величина которого зависит от освещенности фотока­тода светом и от спектрального состава источника света; он называет­ся фототоком.

Электроны, вырываемые светом с освещенного катода К, летят на анод А, ускоряемые электрическим полем, приложенным между катодом и анодом.

Рис. 2.1.

Фототок, текущий в цепи фотоэлемента, измеряется гальванометром G и растет с напряжением, подаваемым на катод, но при определенном напряжении достигает насыщения, и дальнейшее по­вышение напряжения не ведет к увеличению тока.

Зависимость силы фототока i в фотоэлементе от величины наложенного на него напряжения U (при неизменной освещенности фото-катода) называется вольт-амперной характеристикой фотоэлемента.

2.4. Измерения и обработка результатов

2.4.1. Задание 1. Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента

1. Собрать схему включения газонаполненного фотоэлемента (газонаполненный фотоэлемент смонтирован отдельно в металлическом ко­жухе для защиты его от постороннего света) (см. рис. 2.1).

2. Газонаполненный фотоэлемент В с источником тока поместить на оптическую скамью.

3. Лампочку осветителя в 20-50 Кд поставить на расстояние r_о =50, 40, 50 см от фотоэлемента и проделать для каждого положения лампочки следующие измерения: определить силу фототока i в галь­ванометре через каждые 10 В, начиная от нуля до полного выключе­ния потенциометра R, затем понизить напряжение через каждые 10В до нуля.

4. Результаты измерений представить в виде трех графиков i = b(U)_t где U - напряжение в цепи фотоэлемента.

5. Значения фототока, откладываемые на графике по оси у, взять средними из значений, полученных при повышении и понижении напряжения. По оси х отложить значения напряжения U. Найти ток насыщения.

Полученные опытом результаты свести в таблицу, составленную по форме № 2.1.

Форма № 2.1

rо	U1 при повышении	U2 при понижении	i при U1	i при U2	i среднее
	0	0
	10	10
	20	20

Задание 2. Снятие люксамперной характеристик фотоэлемента

1. Установить постоянное анодное напряжение (задается преподавателем).

2. Установить лампочку осветителя Л на расстоянии r₁| (задается преподавателем), снять величину фототока (рис 2.2).

3. Постепенно увеличивая расстояние r (шаг задается преподавателем), снимать каждый раз величнну фототока.

Рис. 2.2.

4. Измеренные значения занести в таблицу, составленную по форме №2.2.

Форма № 2.2.

№ пп.	r	i
1
2
3

5. Построить график зависимости величины фототека от освещенности i=ƒ(1/r²).

6. Повторить пп. 1-5 при другом значении анодного напряжения.

7. Проанализировать графическую зависимость i=ƒ(1/r²).