ПГУПС

Кафедра Физики

Лабораторная работа № 346

«Исследование Люминофоров»

Выполнил: Гройзман П.В.

ПВТ-011

2001 год.

Цель работы:

Целью работы является исследование фосфоресценции, включающее определение скорости затухания послесвечения различных люминофоров при постоянной температуре, при нагревании, при стимулирующем освещении люминофора длинноволновым электромагнитным излу­чением.

Цель работы 346а - изучение времени затухания фосфоресценции и расчет энергии Е наиболее глубоких метастабильных уровней.

Краткое теоретическое обоснование:

Всякое тело с температурой выше абсолютного нуля испускает электромагнитные волны. Характеристики этого теплового излучения мало зависят от природы излучающих тел и опреде­ляются в основном их температурой. При низких температурах из­лучение состоит из радиоволн и инфракрасных лучей и лишь при высоких становится видимым глазом (свет пламени, раскаленного металла и др.).

Однако имеются многочисленные вещества, способные при внешнем возбуждении испускать видимый свет имея при этом низ­кую температуру. Это излучение, называемое люминес­ценцией, имеет специфичный для каждого светящегося вещес­тва (люминофора) спектр, не связанный с температурой люминофора и способом его возбуждения.

Возбуждаться люминесценция может при облучении веществ ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, пропускании через них электрического тона; она может наблюдаться при трении, не­которых химических реакциях, биологических процессах и других случаях.

У большинства люминофоров свечение прекращается почти од­новременно с прекращением возбуждения, но у некоторых оно длится десятки и сотни секунд после него. Свечение, продолжающееся 10^-7-10^-8 с после прекращения возбуждения, называется флу­оресценцией, более длительное послесвечение фос­форесценцией. Длительность и яркость фосфоресценции зависит от температуры вещества.

Люминофоры используются в лампах дневного света, в элек­троннолучевых трубках, при производстве светящихся красок и др. Теория люминесценции ярко иллюстрирует основные принципы кван­товой механики, положенные в ее основу.

Схема установки:

Схема экспериментальной установки

Представленная на рис. схема поясняет принцип эксперимен­тальной установки. Люминофор Л наносится на подложку I. облучаемую потоком ультрафиолетовых те лучей, создаваемых лампой и. Фо­тоэлемент 3 регистрирует световой поток люминесценции. Электри­ческий ток Г в цепи фотоэлемента, пропор­циональный световому потоку Ф регистри­руется гальванометром 4. Электрическая схема прибора предусматривает автоматическое включе­ние гальванометра в цепь фотоэлемента через 5 с после окончания облучения люминофора лампой 2. К этому времени затухают флуоресценция и фосфоресценция, связанная с электронными перехо­дами на неглубоких ловушках. Поэтому в данном задании изуча­ется фосфоресценция, связанная с процессами на глубоких ловушках.

В ходе эксперимента регистрируется величина фототока через определенные отрезки времени, отмечаемые с помощью электронного секундомера.

Вид экспериментальной установки

Внешний вид установки показан на рис. Тумблер К1 служит для включения установки в сеть. Тумблер К2 в своем верхнем положении включает источник ультрафиолетового излучения (ртутную лампу}, а в нижнем отключает его и включает цепь гальванометра. В данном варианте могут исследоваться два люминофора с различ­ными характеристиками. Правое или левое положение переключателя К3 обеспечивает подсоединение к измерительной цепи прибора того или иного люминофора. Гальванометр 4 регистрирует величину фо­тотока послесвечения, миллиамперметр 5 - величину фототока в течение времени облучения. Окошки 6 и 7 позволяют визуально наблюдать свечение исследуемых люминофоров.

Таблица измерений:

Тип люминофора	№ опыта	Время t	Ток I (деления)	Ток I (микроамперы)
Люминофор 1	1	0	30	3,0
		5	10	1,0
		10	9	0,9
		15	7	0,7
		20	4	0,4
	2	0	25	2,5
		5	10	1,0
		10	7	0,7
		15	5	0,5
		20	4	0,4
Люминофор 2	1	0	18	1,8
		5	9	0,9
		10	8	0,8
		15	6	0,6
		20	4	0,4
	2	0	11	1,1
		5	7	0,7
		10	5	0,5
		15	4	0,4
		20	3	0,3

Фототок I_ф равен 7миллиампер.

Графики:

Расчёты и формулы:

Время жизни электронов в ловушке вычисляется по формуле

где t _1-2 - два произвольно взятых времени, при которых фиксировались показания тока на гальванометре, I(t_1-2) – зафиксированные значения тока на гальванометре, I_ф – постоянное значение фототока во время проведения опыта.

Энергия , характеризующая глубину «залегания» ловушки, вычисляется по формуле

где к – постоянная Больцмана (1,38*10^-23 Дж/к), Т – температура, А – постоянная, равная 10^-9сек.

Таким образом время жизни электронов =14,4770,015с.

Энергия =1,0*10^-380,008*10^-38Дж.

Погрешность:

По правилу вычисления погрешности косвенных измерений получаем:

Относительная погрешность:

Пусть , тогда

=

0,0009651650,001

=

0,0076750,008

Абсолютная погрешность:

=0,015сек.

Е=0,008*10^-32Дж.

Вывод:

Таким образом мы можем наблюдать экспоненциальную зависимость тока на гальванометре от времени для обеих типов люминофора.