4.2. Инструкция для выполнения прямых измерений.

ВНИМАНИЕ! В данной лабораторной работе предусмотрены три варианта заданий при выполнении эксперимента. Задания различаются количеством измеряемых вольтамперных характеристик вакуумного фотоэлемента и величиной начального фототока I₀ при нулевой разности потенциалов между катодом и анодом фотоэлемента (анодное напряжение U = 0). Согласно закону Столетова, величина I₀ пропорциональна интенсивности светового потока, падающего на катод фотоэлемента. Величина светового потока обратно пропорциональна квадрату расстояния от электролампы до катода. Для всех вариантов заданий светофильтр используется один и тот же – жёлтый.

Задание 1. Выполнить измерение одной вольтамперной характеристики при указанной преподавателем величине I₀.

Задание 2. Выполнить измерение двух вольтамперных характеристик при двух указанных преподавателем величинах I₀.

Задание 3. Выполнить измерение трёх вольтамперных характеристик при трёх указанных преподавателем величинах I₀.

Значения I₀ определяются числом делений шкалы гальванометра при включённой электролампе блока №1 и напряжении на аноде фотоэлемента U= 0. Диапазон значений I₀ = (10  16) делений шкалы гальванометра.

Перед началом опыта необходимо подготовить одну, две или три таблицы для записи данных прямых измерений (количество таблиц зависит от номера задания). Образец такой таблицы показан ниже. В первой строке при U = 0 должен быть указан начальный фототок I₀, величина которого указана преподавателем. Значения анодного напряжения U и фототока I заносятся в таблицу в виде числа делений шкалы вольтметра и шкалы гальванометра.

Таблица (образец)

Положительное напряжение				Отрицательное напряжение
Прямой ход		Обратный ход		Прямой ход		Обратный ход
U, дел.	I, дел.	U, дел.	I, дел.	U, дел.	I, дел.	U, дел.	I, дел.
0	I0	0	I0	0	I0	0	I0
4		8		2		1
8		16		4		2
12		24		6		3
16		32		8		4
.		.		.		.
.		.		.		.
44		.		18		18
.		.		19		19
.		44		20		20
52		52

Примечание. Значения напряжения U и фототока I заносятся в таблицу в графе «Прямой ход» сверху – вниз, в графе «Обратный ход» снизу – вверх.

Измерения проводятся в следующем порядке:

1. Подсоединить к электросети стабилизатор напряжения и установить тумблер на его лицевой панели в положение «Вкл» (должен загореться индикатор под тумблером).

2. Включить в расположенную на рабочем столе розетку осветитель шкалы гальванометра (чёрный кабель с белой вилкой). Проверить и отрегулировать установку нуля шкалы. Регулировка нуля должна проводиться с участием инженера или преподавателя.

3. Проверить установку переключателя цены деления гальванометра. Переключатель должен быть установлен на метке C_I = 1  10^-8 А/дел.

4. С помощью рычага, движущегося вдоль прорези на кожухе блока №1, установить указатель вблизи метки с заданным числом делений шкалы гальванометра I₀.

5. Включить в розетку электролампу в блоке №1 (белый кабель с белой вилкой). При этом гальванометр (блок №2) зарегистрирует фототок, появившийся в результате вылета электронов из катода фотоэлемента под действием света.

6. Отрегулировать положение электролампы так, чтобы показания гальванометра составляли заданное число делений шкалы, определяющее величину I₀.

7. Установить (проверить) начальное положение регулятора напряжения К1 блока №2 (метка должна быть расположена против нулевой риски шкалы).

8. Установить переключатель К2 на блоке №2 в положение «+».

9. Включить в розетку выпрямитель в блоке №2 (чёрный провод с чёрной вилкой). Регулятором К1 подправить установку на нуль стрелки вольтметра, проверяя отсчёт по зеркальному отражению стрелки.

10. Плавно вращая регулятор К1 «по ходу часовой стрелки», повышать положительное анодное напряжение фотоэлемента. При этом через равные интервалы – через 4 деления шкалы вольтметра - останавливаться и регистрировать увеличивающийся фототок с помощью гальванометра. Отсчёты на шкалах вольтметра и гальванометра заносить в таблицу (графа «Положительное напряжение», «Прямой ход» в таблице).

ВНИМАНИЕ!

А) Регистрацию показаний гальванометра выполнять при минимальной амплитуде колебаний «зайчика», не превышающей (1  2) делений шкалы.

Б) Анодное напряжение повышать до U_max = 52 деления шкалы вольтметра при 10 дел. < I₀ < 14 дел. При 14 дел. < I₀ < 16 дел. повышать до U_max = 44 деления шкалы вольтметра.

11. Достигнув значения U_max и зарегистрировав соответствующую величину фототока I_max, затем уменьшать положительное анодное напряжение, плавно вращая регулятор К1 «против хода часовой стрелки». При этом снова через равные интервалы (8 делений шкалы вольтметра) регистрировать и заносить в таблицу показания вольтметра и гальванометра (графа «Положительное напряжение», «Обратный ход» в таблице).

12. После того, как стрелка вольтметра вернется в нулевое положение, обратить внимание на величину фототока. Эта величина должна быть равна начальному значению I₀.

13. Установить переключатель К2 на блоке №2 в положение «», убедиться в том, что стрелка вольтметра находится на нуле. При этом на аноде фотоэлемента появится отрицательный заряд (отрицательное анодное напряжение).

14. Плавно вращая регулятор К1 «против хода часовой стрелки», повышать отрицательное напряжение на аноде фотоэлемента. Через каждые 2 деления шкалы вольтметра в интервале (0  18) делений этой шкалы останавливаться и регистрировать с помощью гальванометра уменьшающийся фототок.

15. Затем выполнить регистрацию фототока через одно деление шкалы вольтметра, вплоть до смещения индикатора гальванометра в положение, близкое к нулевому отсчёту. Отсчёты на шкалах вольтметра и гальванометра заносить в таблицу (графа «Отрицательное напряжение», «Прямой ход» в таблице).

ВНИМАНИЕ! Эту часть измерений необходимо выполнять с особой тщательностью, т.к. в ней регистрируются показания вольтметра, определяющие величину задерживающего напряжения U_зд при условии, что фототок в контуре, в котором установлен фотоэлемент, падает до нуля.

ВНИМАНИЕ! Значение задерживающего напряжения находится в интервале (19  20) дел. шкалы вольтметра.

16. После измерения величины U_з уменьшать отрицательное анодное напряжение, плавно вращая регулятор К1 «по ходу часовой стрелки». При этом через равные интервалы (4 деления шкалы вольтметра) регистрировать и заносить в таблицу показания вольтметра и гальванометра (графа «Отрицательное напряжение», «Обратный ход» в таблице).

17. После того, как стрелка гальванометра вернётся в нулевое положение, обратить внимание на величину фототока. Эта величина должна быть равна начальному значению I₀.

Указание 1. Если выполняется только Задание 1, то измерения закончены. Необходимо выключить стабилизатор, отсоединив его от электросети, и отключить блоки №1 и №2 от розеток на колодке.

Указание 2. Если требуется выполнить Задание 2 или Задание 3 – повторить измерения согласно п.п. 4 – 17 «Инструкции», устанавливая новые, указанные преподавателем значения I₀. После завершения измерений отключить установку согласно Указанию 1.