Iн  фn. Фотоэлементы. Устройство фотоэлементов

Фотоэлементами называются устройства, в которых световая энергия преобразуется в электрическую. На внешнем фотоэффекте основано устройство фотоэлементов, широко применяемых в разных областях техники. Фотоэлементы бывают вакуумные и газонаполненные.

Вакуумный фотоэлемент (рис.5) представляет собой стеклянный или кварцевый баллон, на внутреннюю стенку которого нанесен слой К светочувствительного щелочного металла. Этот слой К имеет контакт с проводником, выведенным из баллона. В середине баллона расположен электрод, соединенный с положительным полюсом батареи Б, слой К (фотокатод) – с её отрицательным полюсом. Электрическое поле направляет к фотоаноду электроны, испускаемые фотокатодом при его освещении, создавая, тем самым ток в цепи. У вакуумных фотоэлементов, начиная с некоторого значения анодного напряжения, дальнейший рост тока прекращается, наступает состояние насыщения.

Газонаполненный фотоэлемент отличается от вакуумного тем, что он наполнен каким-либо инертным газом (He, Ne, Ar). Эти фотоэлементы обладают большей чувствительностью, чем вакуумные, и ток насыщения в них отсутствует.

Приборы и оборудование

Основные блоки установки представлены на рис. 6.

Блок облучения (1), содержащий лампу ДРС-50, блок, содержащий фотоэлемент (2) и блок управления и индикации (3), на передней панели которого размещены кнопка «прям-обр» для выбора режима измерения прямой и обратной ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) фотоэлемента, цифровой индикатор значений фототока (мкА) и напряжения (В) фотоэлемента. Интервал регулирования напряжений кнопками «», «», «сброс» от 0 до 10 В (в прямом режиме) и от 0 до 1 В – в обратном.

Порядок выполнения работы

1. Включить тумблер «Сеть» на задней панели блока управления и индикации. При этом должны загореться индикаторы «000».

2. Нажать «Сброс». Вставить светофильтр и установить режим измерения прямой ветви вольт-амперной характеристики фотоэлемента.

3. Включить «Сеть» блока облучения.

4. С помощью кнопок «» и «» изменяем подаваемое на анод фотоэлемента напряжение, одновременно считывая значения фототока на блоке индикации. Значения токов и напряжений записать в таблицу 1.

Таблица 1

Цвет светофильтра № 1: (1  )
Номер измерения	1	2	3	4	5	6	7	8
UA, В (прямое)
I, мкА

5. Нажать «Сброс». Установить режим измерения обратной ветви вольт-амперной характеристики фотоэлемента.

6. Повторить измерения по п. 4. Значения токов и напряжений записать в таблицу 2.

Таблица 2

Цвет светофильтра № 1: (1  )
Номер измерения	1	2	3	4	5	6	7	8
UA, В (прямое)
I, мкА

7. Сменить светофильтр, повторить пп. 2 – 6. Значения токов и напряжений записать, соответственно в таблицы 3 и 4.

Таблица 3

Цвет светофильтра № 2: (2  )
Номер измерения	1	2	3	4	5	6	7
UA, В (обратное)
I, мкА

Таблица 4

Цвет светофильтра № 2: (2  )
Номер измерения	1	2	3	4	5	6	7
UA, В (обратное)
I, мкА

8. Отключить тумблер «Сеть» приборов.

9. На миллиметровой бумаге по полученным данным построить вольт-амперную характеристику фотоэлемента.

10. Найти число фотоэлектронов, выбитых в единицу времени:

n  i  e, (5)

где е  1,610^19 Кл – заряд электрона.

11. Для каждого из найденных задерживающих потенциалов U_З, соответствующих двум λ, оценить значения A₁ и A₂ работы выхода по формуле:

A  h eU_З, (6)

где c  310⁸м/с – скорость света в вакууме.