
- •2. Внешний фотоэлектрический эффект Теория Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
- •Устройство и принцип действия вакуумного фотоэлемента
- •Лабораторная работа № 3 изучение законов внешнего фотоэффекта. Определение интегральной чувствительности фотоэлемента
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Снятие вольт-амперной характеристики фотоэлемента при
- •Снятие световой характеристики фотоэлемента
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Порядок выполнения работы
- •Исследование зависимости фототока от величины приложенного напряжения и величины фототока насыщения от освещённости фотокатода.
- •Определение максимальной скорости и работы выхода электронов из металла
- •Проверка закона Малюса
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Устройство и принцип действия вакуумного фотоэлемента
Приборы, в которых внешний фотоэффект используется для получения электрической энергии за счет энергии излучения, носят названия фотоэлементов. Фотоэлементы изготавливаются вакуумные, в которых фототок образуется электронами, выходящими из катода под действием излучения, и газонаполненные, в которых фототок усили-вается при разряде в газе.
Вакуумный фотоэлемент
(рис. 2.1) выполняется чаще в виде
стек-лянного баллона 1, из которого
откачан воздух. Часть внутренней
по-верхности баллона, покрытая
светочувствительным слоем, содержащим
щелочной металл, является катодом К.
Анод А
выполняется в виде металлического
кольца, расположенного в центре баллона.
В вакуумных фотоэлементах остаточное
давление газа в баллоне около
мм рт.ст. В фотоэлементе СЦВ используется
сурьмяно-цезиевый катод.
|
|
При включении фотоэлемента в электрическую цепь (см. рис. 2.1) и освещении катода, фотоэлектроны, вырванные с поверхности металла, перемещаются под влиянием электрического поля к аноду. В цепи появляется фототок i. Зависимость фототока от напряжения между анодом и катодом при неизменном световом потоке Ф (или освещенности E) называется вольт-амперной характеристикой фото-элемента. Схематически эта зависимость приведена на рис. 2.2.
Если освещать
катод неизменным световым потоком Φ
()
и изменять напряжениеU
между катодом и анодом, то сначала c
ростом U
фототок резко возрастает, затем
возрастание уменьшается и, наконец,
прекращается. Фототок достигает
некоторого максимального значения,
называемого током
насыщения
,
который обусловлен тем, что все
фотоэлектроны, вырываемые с поверхности
катода, достигают анода.
Как видно из
вольт-амперной характеристики даже при
в цепи течёт ненулевой фототок
.
Существование тока
является следствием того, что электроны,
выбитые светом из катода, обладают
некоторой начальной скоростью
,
а значит, и отличной от нуля кинетической
энергией. Некоторые из них могут достичь
анода даже в отсутствии внешнего
электрического поля. Для того чтобы
фототок стал равен нулю, необходимо
приложить обратное
– задерживающее
напряжение
.
При
ни один из электронов не сможет преодолеть
задерживающего поля и достигнуть анода.
Следовательно
. (2.6)
Таким образом,
измерив задерживающее напряжение
,
можно определить максимальную скорость
и кинетическую энергию фотоэлектронов.
Если при постоянном
напряжении ()
изменять величину светового потока,
падающего на катод, то обнаружим
пропорциональность между фототокомi
и световым потоком. В области насыщения
тока имеет место прямая пропорциональность:
. (2.7)
Коэффициент γ,
(ампер на люмен), называетсячувствитель-ностью
фотоэлемента.
Чувствительность – основная характеристика
фотоэлемента. При определении
чувствительности γ
необходимо знать величину светового
потока Ф.
Если освещенность фотокатода E,
площадь поверхности фотокатода S,
то падающий световой поток
.
Пусть фотокатод
освещается лампой накаливания, удаленной
от него на расстояние r
(см. рис.
2.3).
Лампу можно считать изотропным точечным
источником, сила света которого
.
В этом случае
. (2.8)
Следовательно,
. (2.9)
Чувствительность
вакуумных фотоэлементов составляет
величину порядка
.