Опис установки

Установку для дослідження зовнішнього фотоефекту змонтовано на оптичній лаві, вздовж якої закріплено масштабну лінійку. Джерело світла (електрична лампочка) і вакуумний фотоелемент поміщені у світлонепроникний металевий кожух.

Електричну схему установки наведено на рис. 7.1. Основною частиною установки є вакуумний фотоелемент Ф із центральним сітчастим анодом А, на який подається додатній потенціал електричного поля. Фотоелемент являє собою скляний сферичний балон, на одну половину внутрішньої поверхні якого нанесені один на один тонкий шар сурми, а потім тонкий світлочутливий шар цезію, шляхом конденсації парів цих металів у вакуумі. Світлочутливий шар фотоелемента служить катодом, на який подається від'ємний потенціал електричного поля. “Червона межа” фотоефекту для лужних металів (цезій) знаходиться у видимій частині спектра. Досліджуваний фотоелемент увімкнено в електричне коло, яке складається з джерела постійної напруги, вольтметра V, мікроамперметра А, та опору R, величина якого змінюється потенціометром.

Під дією світла виникає електричний струм – фотострум, що проходить через фотоелемент, його вимірюють у даній роботі мікроамперметром. Різниця потенціалів між катодом К і анодом А фотоелемента називається анодною напругою Ua, що вимірюється в даній роботі вольтметром V і регулюється опором R.

Рис. 7.1

Вольт-амперною характеристикою фотоелемента називається залежність фотоструму від анодної напруги при постійному світловому потоці, що падає на катод фотоелемента, тобто при де Ф - світловий потік, що падає на катод фотоелемента.

Світловою характеристикою називається залежність фотоструму від світлового потоку, що падає на катод фотоелемента при постійній різниці потенціалів між катодом і анодом, тобто , при U_a = const.

Порядок виконання роботи

Завдання 1.

Побудова вольт - амперної характеристики фотоелемента

1. Установити фотоелемент на відстані 20 см від лампи.

2. Увімкнути світло.

3. За допомогою опору R установити на вольтметрі V анодну напругу U=100 В і записати значення фотоструму І_Ф.

4. Зменшуючи за допомогою опору R напругу від 100 В до 0 через кожні 10 В записувати значення фотострумів.

5. Повторити вимірювання за п.п. 3 і 4 для відстаней між фотоелементом і лампою 25 і 30 см.

6. Результати вимірювань занести до таблиці 7.1 і в одній системі координат побудувати три вольт - амперні залежності.

Таблиця 7.1

№ пп	Ua, В	Сила фотоструму ІФ, мкА при різних відстанях фотоелемента
		l = 20 см	l = 25 см		l = 30 см
1	100
2	90
3	80
4	70
5	60
6	50
7	40
8	30
9	20
10	10
11	0

Завдання 2.

Вимірювання світлової характеристики фотоелемента і визначення його чутливості

1. За допомогою опору R установити напругу U=100В і підтримувати її постійною.

2. Установити на оптичній лаві фотоелемент на такій відстані l від лампи, щоб мікроамперметр показав максимальний фотострум І_ф і записати його значення.

3. Збільшуючи відстань між фотоелементом і лампою, через кожні 5 см занести до таблиці 7.2 покази мікроамперметра.

4. Для кожного значення відстані l обчислити світловий потік Ф за формулою:

,

де І = 20 кд – сила світла лампи, S = 3∙10^-4 м² – площа віконця фотоелемента.

5. Побудувати графік залежності .

6. Обчислити для всіх значень І_Ф чутливість фотоелемента  за формулою:

.

Таблиця 7.2

№ пп	l, м	Uа, В	Іф, 10 - 6 А	Ф, лм	γi, А/лм	Δγi, А/лм	(Δγi )2 , (А/лм)2
1		100
2
3
4
5

7. Розрахувати похибку вимірювань чутливості фотоелемента за стандартною методикою (див. додатки).

8. Остаточний результат записати у вигляді:

.

9. Визначити відносну похибку:

.

10. Проаналізувати отримані результати і зробити висновок.