МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени П.О.Cухого.

Кафедра”Физика”

Лабораторная работа №8

Изучение закономерностей внешнего и внутреннего фотоэффекта

Выполнила студентка гр.ПЭ-23:

Ковалева Г.В.

Принял преподаватель:

Петрашенко П.Д.

Гомель 2002

Лабораторная работа № 8

Изучение закономерностей внешнего и внутреннего фотоэффекта

Цель работы: изучить законы фотоэффекта, ознакомиться с работой различных фотоэлементов

Приборы и принадлежности: вакуумный и газонаполненный фотоэлемент, фотосопротивление, источник света, измерительные приборы.

Теоретическая часть

Внешним фотоэффектом называется выбивание светом электронов с поверхности металла.

Распределение по скоростям фотоэлектронов зависит только от частоты излучения и не зависит от его интенсивности.

h=eP+mV²макс/2. (1)

eP – работа выхода электронов из металла;

V – скорость фотоэлектрона

Увеличение интенсивности света и все его закономерности хорошо объясняются с помощью квантовой теории света. Не только излучение и поглощение, но и распространение света происходит порциями(квантами), энергия и импульс которых:

E₀=h; P=h*n₀/c

Применяя к явлению фотоэффекта в металлах закон сохранения энергии, Эйнштейн предложил следующую формулу:

h=A+m²/2

Наименьшая частота, при которой происходит фотоэффект, определяется из условия:

h_min=A, => _min=A/h (2)

Частота света, определяется условием (2), называется «красной границей» фотоэффекта.

В кристаллических полупроводниках и диэлектриках наблюдается внутренний фотоэффект, состоящий в том, что под действием света увеличится электропроводность этих веществ за счет возрастания в них числа свободных носителей заряда. Это явление называют ещё фотопроводимостью.

Рис. 1 Рис. 2

В диэлектрике и беспримесном проводнике зона проводимости не содержит электронов, а лежащая ниже неё валентная зона целиком заполнена электронами(Рис. 1). Разность Wa – энергия активизации проводимости вещества. У проводников Wa значительно меньше, чем у диэлектриков. «Красная граница» для фотопроводников =Wa/h.

В примесных полупроводниках с небольшим содержанием примесей вероятность поглощения фотонов электронами примесных атомов мала. Поэтому изменение проводимости под действием света также связано с перебросом электронов из валентной зоны в зону проводимости. Однако характер проводимости для (р-типа) дырочных и (n-типа) - электронных примесных полупроводников различен. В проводнике n – типа имеются примесные донорные уровни I, (Рис. 2а) которые находятся вблизи зоны проводимости и заняты электронами. В процессе образования под действием света электронно-дырочных пар положительные дырки рекомбинируют с электронами донорной примеси. Поэтому фотопроводимость n – типа полупроводника имеет чисто электронный характер. По этой же причине проводимость p – проводника является чисто дырочной. (Рис.2б)

Вентильный фотоэффект – явление возникновения э.д.с. при освещении контакта двух разных полупроводников или контакта между металлом и полупроводником в отсутствие электрического поля. Кремневые фотоэлементы используются, например, для изготовления солнечных батарей и применяются для питания приемной и передающей аппаратуры на искусственных спутниках Земли.

Ход работы.

Изучение внешнего фотоэффекта:

1. Переключим ручку в положение «вакуумный»

2. Снимем показания прибора I1 при H1= от 0 до 150 В. Результаты занесем в таблицу 1.

Таблица 1

U1, B	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150
I1, mA	0	2	3	4,5	5	5,1	5,2	5,3	5,4	5,5	5,6	5,7	5,8	6	6	6
I2, mA	0	1	3	4,5	6,5	8	10	11	12	12	12	12,2	12,4	12,4	12,5	12,5

3. Переключатель установим в положение F1, F2. Изменяя напряжение от 0 до 250 В, снимем зависимость силы фототока от напряжения. Данные занесем в таблицу 2.

Таблица 2

U1, B	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
I1, mA	0	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	6,5	5,6	6	6	6,5	7	7,5
I2, mA	0	2	2,5	3	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7	7,5	7,7	8	8,5

U1, B	150	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250
I1, mA	8	9	9,5	9,5	9,8	10	11	11,5	12	12,5	13
I2, mA	9	10	10,5	11	11,5	11,5	11,9	12	13	14	15

4. По данным таблиц 1 и 2 построим графики зависимостей I1=f(U1) при F1 и F2:

положение «вакуумный»

положение «газонаполненный»

Вывод: на опыте мы изучили законы фотоэффекта, познакомились с работой различных фотоэлементов