Лабораторная работа №13.

Исследование фотоэлемента.

Цель работы: определение зависимости фотона от освещенности и анодного напряжения. Расчет чувствительности фотоэлемента и оценка квантового выхода фотоэффекта.

Приборы и принадлежности: фотоэлементы (вакуумный и газонаполненный), выпрямитель, реостат, микроамперметр, вольтметр.

Теория.

Фотоэлементы, действие которых основано на внешнем фотоэффекте, бывают вакуумные и газонаполненные. Последние наполняются инертным газом при давлении порядка 0,005 мм.рт.ст. Фототок в вакуумном фотоэлементе (при постоянном потоке) при увеличении анодного напряжения достигается насыщением. Фототок при газонаполненном фотоэлементе при увеличении напряжения резко увеличивается, начинается разряд. Возникновение разряда недопустимо, при этом разрушается чувствительный слой. Чувствительностью фотоэлемента называется отношение потока к световому потоку , падающему на фотоэлемент: (1). Чувствительность фотоэлемента зависит от анодного напряжения и спектрального состава света. Измеряют ее в амперах и люмен. Квантовым выходом фотоэффекта называется отношение числа фотоэлектронов, достигающих анода к числу фотонов падающего монохроматического света. В данной работе лишь оценка квантового выхода для вакуумного фотоэлемента по назначению для средней части спектра ( ).

(2),где - заряд электрона, ¤ -коэффициент перевода люмен в ватт, =650нм, =683лм/Вт – световой эквивалент. Источником света служит лампа накаливания, которую приближенно можно считать точечным источником света, что допустимо лишь при значительном удалении фотоэлемента.

Задание 1.

Определение зависимости тока фотоэлемента от освещенности катода.

Собрать приборы по схеме 1. При постоянном световом потоке лампы установить напряжение 250В. Измерить величину фототока при 10 различных положениях фотоэлемента на оптической скамье. Результаты занести в таблицу:

№
1
2

Построить график зависимости для вакуумного и газонаполнительного фотоэлемента.

Задача 2.

Определение зависимости тока фотоэлемента от анодного напряжения.

При некотором фиксированном положении фотоэлемента, не меняя ток через лампу, измерить величину фототока при 10 различных положениях анодного напряжения (через 10-15В). Результаты занести в таблицу:

Построить график зависимости для вакуумного и газонаполнительного фотоэлементов.

Задача 3.

Расчет чувствительности каждого из фотоэлементов.

Световой поток, падающий на фотоэлемент , можно найти по показаниям люксметра, дающего величину

освещенности при фиксированном расстоянии и известному диаметру фотоэлемента: (3). Пользуясь формулами (1) и (3) рассчитывают . Расчет чувствительности производят при токе, близком к току насыщения.

Задача 4.

Оценить величину квантового выхода фотоэлемента для вакуумного фотоэлемента.

Пользуясь формулой (2) и данными при выполнении задания 1, оценить порядок величины квантового выхода для вакуумного фотоэлемента в данной работе.