Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

физика все лабы / 312 / 3c лаба 312

.doc
Скачиваний:
227
Добавлен:
30.03.2016
Размер:
149.5 Кб
Скачать

Кафедра физики. Лаборатория ядерной физики

Лабораторная работа № 312

Определение электродвижущей силы фотоэлемента с запирающим слоем.

Работу выполнил

студент группы НК-313

электротехнического факультета

Сосновый А.М.

Работу принял:

Санкт-Петербург

2004

Цель работы:

Задачей настоящей работы является измерение фото - ЭДС Еф и фототока Iф, возникающих в селеновом фотоэлементе под действием света. Изменяя освещённость Е поверхности фотоэлемента, т.е. мощность светового потока на единицу площади поверхности, исследуют зависимость Еф и Iф от освещённости Е и строят графики этих зависимостей. При относительно небольших освещённостях Еф и Iф пропорциональны Е.

Краткое теоретическое обоснование:

Различают три вида фотоэлементов:

  1. Внешний фотоэффект - вырывание светом из твёрдых и жидких веществ электронов.

  2. Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) - увеличение электропроводимости полупроводников и диэлектриков за счёт возрастания в них под действием света числа свободных носителей тока.

  3. Вентильный фотоэффект (фотоэффект в запирающем слое) – возникновение ЭДС вследствие внутреннего фотоэффекта вблизи поверхности контакта между металлом и полупроводником или двумя полупроводниками с разными типами электропроводности.

В зависимости от вида фотоэффекта, на котором основано действие фотоэлемента, различают: вакуумные фотоэлементы (внешний фотоэффект), фотосопротивления (внутренний фотоэффект), вентильные фотоэлементы (вентильный фотоэффект). В настоящей работе исследуется селеновый вентильный фотоэлемент.

Устройство и принцип действия селенового вентильного фотоэлемента:

Поток света

А

К

n - селен

P-N переход

р - селен

Электродами фотоэлемента служат железо и золото. Железный электрод А изготавливается в виде подложки толщиной около 1 мм. Золото напыляется на селен в виде тонкого полупрозрачного слоя К (катодное распыление), пропускающего свет и обеспечивающего удовлетворительную электропроводность. Слой селена подвергается термической обработке с целью создания в его слое p-n перехода. Внутри селена образуется запирающий слой, пропускающий электроны только в одном направлении.

При освещении золотой плёнки свет проходит через этот полупрозрачный электрод и попадает на селен. Если энергия фотона (- постоянная Планка, - частота света) достаточна для образования пары электрон – дырка, то при поглощении потока фотонов вследствие вентильной проводимости p – n перехода между электродами возникает фото – ЭДС.

Если цепь замкнута, то фото – ЭДС вызовет ток, который будет идти до тех пор, пока освещается фотоэлемент.

Схема установки:

E
K2
+

M
-

Ro

K1

+
-

F - фотоэлемент

G - гальванометр

Е - элемент, создающий падение напряжения на Ro

M - магазин сопротивлений

mA - миллиамперметр, измеряющий ток в цепи элемента

Ro - эталонное сопротивление

К1 и К2 – ключи.

Таблица измерений:

Номер изме-рения

Рас-стояние r см.

Освещённость Е

Фототок Iф

Ток i в цепи элемента Е

Фото – ЭДС Еф, Вольты

фоты

люксы

деления

mA

деления

mА

1

50,0

0,00840

84,00000

53

21,2

6,0

2,1

0,212

2

47,5

0,00931

93,07479

54

21,6

6,5

2,3

0,216

3

45,0

0,01037

103,70370

55

22,0

7,0

2,5

0,220

4

42,5

0,01163

116,26298

56

22,4

8,0

2,8

0,224

5

40,0

0,01313

131,25000

58

23,2

10,0

3,5

0,232

6

37,5

0,01493

149,33333

59

23,6

10,5

3,7

0,236

7

35,0

0,01714

171,42857

60

24,0

11,0

3,9

0,240

8

32,5

0,01988

198,81657

61

24,4

15,0

5,3

0,244

9

30,0

0,02333

233,33333

63

25,2

16,0

5,6

0,252

10

27,5

0,02777

277,68595

64

25,6

18,0

6,3

0,256

11

25,0

0,03360

336,00000

65

26,0

23,0

8,1

0,260

12

22,5

0,04148

414,81481

67

26,8

28,0

9,8

0,268

Дополнительные данные:

Сила света источника – 21 свеча, Сопротивление R0 - 10 Ом, Цена деления гальванометра – 3.5*10-4 А, Шкала миллиамперметра – 30 мА, количество делений –75.

Расчетные формулы:

Для расчёта использовались следующие формулы:

,

где ф – фото – ЭДС, i – сила тока в цепи элемента , R0 – сопротивление, подключённое параллельно с источником ЭДС.

,

где E – освещённость фотоэлемента, J – сила света источника, r – расстояние до источника.

С использованием этих формул были заполнены все недостающие столбцы таблицы.

Вывод:

Таким образом мы можем наблюдать прямопропорциональную зависимость фото-ЭДС и фототока от освещённости.

Графики:

Соседние файлы в папке 312