Контрольные вопросы и задания
Можно ли объяснить явление фотоэффекта с позиций классической физики?
Сформулировать и объяснить законы внешнего фотоэффекта.
Написать уравнение Эйнштейна и объяснить его физический смысл.
Рассказать об устройстве вакуумного фотоэлемента.
Чем объяснить существование тока насыщения у вакуумных фотоэлементов?
Рассказать о практическом использовании фотоэлемента.
Рассказать о фотоэлементах с «запирающим» слоем.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 20
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ГАЗОНАПОЛНЕННОГО
ФОТОЭЛЕМЕНТА
Цель работы: определение чувствительности газонаполненного фотоэлемента и снятие его вольт-амперной характеристики.
Приборы: экспериментальная установка.
Теоретические сведения
Явление фотоэффекта широко используется в науке и технике для регистрации и измерения световых потоков, для преобразования световых сигналов в электрические.
Приборы, действие которых основано на использовании фотоэлектрического эффекта, называются фотоэлементами.
В
работе исследуется кислородно-цезиевый
газонаполненный фотоэлемент ЦГ-4.
Газонаполненный элемент – это стеклянный
баллон, одна половина которого покрыта
изнутри металлом, играющим роль фотокатода
K.
Анод A
обычно выполняется в виде кольца. Между
анодом и катодом создаётся разность
потенциалов U
источником постоянного тока (рис. 66).
Рис. 66
При неосвещённом катоде ток в цепи фотоэлемента отсутствует. Стеклянный баллон наполнен газом (чаще всего инертным), давление которого лежит в пределах от 1 до 0,05 мм рт ст. Ионизация молекул газа фотоэлектронами, летящими с катода, приводит к увеличению тока, текущего в цепи фотоэлемента. Одной из основных характеристик фотоэлемента является вольтамперная характеристика, т.е. зависимость фототока I от величины подаваемого на фотоэлемент напряжения U при неизменной освещённости E катода.
Пока напряжение U не превышает потенциала ионизации Uи наполняющего газа, ток в цепи газонаполненного фотоэлемента несколько меньше, чем в цепи вакуумного, из-за рассеяния электронов на молекулах наполняющего газа. При U>Uи ток быстро возрастает.
Рабочее напряжение газонаполненного фотоэлемента должно быть меньше потенциала зажигания Uи, при котором начинается самостоятельный разряд, т.к. сильная ионная бомбардировка фотокатода приводит к его разрушению.
Применение газонаполненных фотоэлементов ограничено рядом недостатков, одним из которых является нелинейность их световых характеристик при работе с нагрузочным сопротивлением, т.е. нелинейность зависимости тока от освещённости при постоянной величине напряжения, приложенного между анодом и катодом.
Чувствительностью фотоэлемента называется величина, численно равная величине фототока, приходящейся на единицу светового потока Ф:
, (1)
которая измеряется в мкА/лм. Чувствительность газонаполненных фотоэлементов порядка 100 мкА/лм.
Из определения чувствительности фотоэлемента видно, что для её нахождения необходимо узнать и величину соответствующего его светового потока Ф. Фототок измеряется непосредственно микроамперметром. Световой поток Ф, создаваемый лампочкой, находящейся на расстоянии d от фотоэлемента, и падающий на его поверхность S, определяется как
, (2)
где J – сила света лампочки (J=40лм); S – площадь сечения отверстия колпачка фотоэлемента (S=7·10-4м2). Подставляя (2) в (1), получаем
. (3)