лаб раб 5. Исследование характеристик фотосопротивления
 Скачать 147.15 Kb.
|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЯ Цель работы: изучение явления фотоэффекта и экспериментальное исследование характеристик фотосопротивления. Приборы и принадлежности: фотосопротивление, источник света определенной мощности, оптическая скамья, на которой расположены фотосопротивление и лампа, измерительная электрическая цепь. Основы теории фотоэффекта Фотоэффект – это явление освобождения электронов от связи с атомами под действием света. При внутреннем фотоэффекте электроны, потеряв свою связь с атомом, становятся свободными, но остаются внутри вещества, увеличивая его электропроводность. Внутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниках и изоляторах. Сопротивление полупроводника может существенно зависеть от освещенности. Такой полупроводник называют фотосопротивлением. При внешнем фотоэффекте электроны выходят за пределы освещаемого вещества. Вольтамперной характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока I от напряжения U, приложенного к электродам. Эти кривые, полученные при двух различных фиксированных значениях интенсивности (Ф1>Ф2) и определенной частоте излучения v , показаны на рис. 1  Рис. 1. Зависимость силы фототока от приложенного напряжения. Кривая 2 соответствует большей интенсивности: Iн1 и Iн2 – токи насыщения; Uз – запирающий потенциал Наличие фототока в отсутствие напряжения на электродах (при U 0 ) объясняется тем, что небольшая часть фотоэлектронов имеет запас кинетической энергии (Eк), позволяющий им достичь анода даже в отсутствие внешнего электрического поля. Для того чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить к электродам отрицательное напряжение, которое называется задерживающим напряжением или запирающим потенциалом (Uз). При этом работа электростатических сил (A = eUз) затрачивается на изменение кинетической энергии электрона (Eк) до нуля.  С ростом напряжения фототок растет до тех пор, пока все фотоэлектроны, вылетевшие с катода, не будут способны достичь анода, при этом ток в цепи достигает насыщения. Дальнейшее увеличение напряжения силу фототока не изменяет. первый закон фотоэффекта: при фиксированной частоте излучения величина фототока насыщения (Iн) прямо пропорциональна интенсивности (Ф):   Второй закон фотоэффекта: скорость фотоэлектронов возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности. третий закон: независимо от интенсивности света фотоэффект начинается только при определенной для каждого металла минимальной частоте света, называемой «красной» границей фотоэффекта. Вследствие закона сохранения энергии справедливо следующее равенство, называемое уравнением Эйнштейна:     где h = 6,63∙10-34 Дж∙с - постоянная Планка. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта можно записать в виде:  Если энергия кванта света меньше работы выхода электрона из металла, фотоэффект не будет наблюдаться, т.е. фотоэффект возможен при:   Порядок выполнения работы: 1. Для экспериментального изучения законов внутреннего фотоэффекта собрать цепь по схеме, представленной на рис. 2  Рис. 2. Схема электрической цепи фотоэлемента 2. Составить таблицу для записи результатов измерений (таблица 1). Таблица 1 Результаты измерений 3. Снять вольтамперную характеристику фоторезистора. При этом необходимо, чтобы напряжение на лампе и расстояние от лампы до фоторезистора были постоянными, вследствие чего будет постоянным и световой поток. Изменяя напряжение в цепи U с помощью потенциометра, измерить значения силы фототока I для семи последовательных значений напряжения. Результаты измерений занести в таблицу. Таблица 2 Описание приборов 4. Cнять световую характеристику. Для этого установить напряжение в цепи 60 В. Изменяя расстояние между источником и фоторезистором от 26 до 8 см, измерить фототок через каждые 2 см. 5. Рассчитать значения светового потока Ф, соответствующие различным значениям расстояния от источника света до фоточувствительной поверхности l, исходя из следующего: фотометрия дает связь между силой света источника Y и световым потоком Ф.    где S – площадь освещаемой поверхности. Таким образом:  6. По формуле  вычислить фоточувствительность для всех соответствующих друг другу значений I и Ф , полученных при снятии световой характеристики. Результаты занести в таблицу 1. 7. Построить вольтамперную, световую характеристики и зависимость фоточувствительности от светового потока согласно данным таблицу 1 Рисунок 3. График зависимости вольтамперной характеристики от светового потока Рисунок 4. График зависимости фоточувствительности от светового потока. Рисунок 5. График зависимости световой характеристики от светового потока. Вывод: В ходе проведения работы было выявлено, что насыщения тока не наблюдается, но если напряжение растет, то и сила тока тоже увеличивается. С увеличением длины сила тока уменьшается. |