Влияние освещённости на величину фототока фотоэлемента

Освещённостью Е плоской поверхности называется отношение светового потока Ф, нормально падающего на эту поверхность, к ее площади S:

, лк = лм/м. (6)

Когда известна сила света I* точечного источника, который освещает поверхность, находящуюся на расстоянии r от него, то освещенность вычисляется по формуле

, (7)

где — угол между нормалью к поверхности и лучом.

При низком уровне освещённости концентрация возбужденных светом носителей мала по сравнению с концентрацией равновесных носителей, и времена жизни и концентрации свободных носителей независимы друг от друга. При таком условии величина фототока прямо пропорциональна освещённости I~ E. По мере роста освещенности фототок растет как дробная степень освещенности с показателем степенип, причем значение п лежит в пределах от 0,5 до 1, т. е. I~.

Такая зависимость означает, что время жизни свободных носителей уменьшается с увеличением освещенности, т. е. становится зависимым от концентрации свободных носителей.

Измерительная установка

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 4. Фотоэлемент ФЭ находится в левой части горизонтально расположенного корпуса прибора. На торцевой части корпуса размещены две клеммы, к которым подведены выводы от фотоэлемента (к этим же клеммам присоединяется микроамперметр). Фотоэлемент можно вращать вокруг горизонтальной оси (максимальный угол поворота 90°) при помощи рукоятки, рядом с которой укреплена шкала, служащая для измерения угла поворота фотоэлемента. Нулевому положению рукоятки соответствует вертикальное расположение фотоэлемента.

В нижней части откидной крышки корпуса прибора укреплена шкала, предназначенная для измерения расстояний между фотоэлементом и источником света. Нулевое деление шкалы совпадает с плоскостью чувствительного слоя фотоэлемента. Внутри корпуса имеются несколько защитных ребер, которые предохраняют фотоэлемент от отраженных лучей. Черная матовая окраска внутренней части корпуса защищает фотоэлемент от световых бликов. Внутри корпуса прибора на стойке закреплены собирающая линза Л и лампочка накаливания ЛН. Стойка с линзой и лампочкой может передвигаться вдоль оси корпуса в пределах длины шкалы. На подставке прибора расположен тумблер Т, с помощью которого включается лампочка накаливания. В левую часть корпуса (справа от фотоэлемента) можно вставлять необходимые светофильтры Ф, которые фиксируются в вертикальном положении специальным винтом.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Определение зависимости фототока фотоэлемента от освещённости

Известно, что освещенность поверхности зависит от угла падения на нее света как, где- освещенность при нормальном падении лучей. Экспериментально снимают зависимость фототока от освещённости, которую изменяют путем варьирования угла падения лучей.

1. Рукоятку фотоэлемента ставят на нуль шкалы угломера.

2. Лампочку с линзой устанавливают на минимальном расстоянии (6 см) от фотоэлемента.

3. Включают лампочку накаливания и записывают начальное показание микроамперметра I.

4. Изменяя угол падения лучей на фотоэлемент, через 10°, записывают значения фототока I. Ввиду невысокой точности угломера зависимость величины фототока от угла падения лучей снимается несколько (3—5) раз. Вычисляется среднее значение фототока для каждого угла и заносится в таблицу 1.