Исследование внутреннего фотоэффекта
 Скачать 6.66 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физики ОТЧЕТ по лабораторной работе №14 по дисциплине «Физика» ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА  Студент гр. 9584 Тышкевич Р.В. Преподаватель Посредник О.В.  Санкт-Петербург 2020 Лабораторная работа 14. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА Цель работы: изучение зависимости фототока в сернистом свинце от напряжения и освещенности. Схема установки для исследования внутреннего фотоэффекта изображена на рис. 14.1 , где ФС – фотосопротивление (типа ФС – Al); PU – вольтметр; РА – микроамперметр; R – реостат; SЭ эталонная лампа накаливания. Фотосопротивление и лампа установлены на оптической скамье.  Общие сведения Явление уменьшения электрического сопротивления вещества под действием излучения было открыто в 1873 г. Его причиной является перераспределение электронов по энергетическим состояниям в полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием света, которое впоследствии было названо внутренним фотоэффектом. Состояния электронов в атоме характеризуются только вполне определенными значениями энергии, которые называют энергетическими уровнями. В твердом теле отдельные уровни энергии электронов в атомах трансформируются в энергетические зоны (рис. 14.2), имеющие конечную энергетическую ширину. Зону энергий, соответствующую наивысшему заполненному электронами уровню, называют валентной зоной, так как состояния с этими значениями энергии заполняются валентными электронами атомов. Ближайшую к валентной энергетическую зону, соответствующую не занятой электронами разрешенной совокупностью состояний, называют зоной проводимости. Электроны в зонах с полностью заполненными состояниями не дают вклада в электропроводность кристалла, так как все разрешенные состояния в зоне заняты и перемещение из одного места в другое невозможно. Если энергетическая зона заполнена электронами неполностью, то ее электроны при наложении электрического поля могут создавать ток. При переходе из валентной зоны в зону проводимости электрон становится носителем тока (отсюда и название зоны). Однако и образовавшееся при этом свободное соРис. 14.2. Структура энергетических зон 95 стояние валентной зоны (дырка) ведет себя как свободный носитель тока. Заполняясь электронами с нижележащих уровней, дырки перемещаются по направлению поля как положительные заряды (+e). Чтобы обеспечить электропроводность полупроводника, необходимо сообщить электронам некоторую энергию, которая определяется шириной запрещенной зоны. Так как ширина запрещенной зоны полупроводников невелика, то даже в отсутствие освещения в полупроводнике происходит непрерывная генерация электронов и дырок, обусловленная тепловыми колебаниями решетки. Наряду с генерацией носителей тока осуществляется и обратный процесс – рекомбинация, т. е. переход электронов из состояний зоны проводимости в состояния валентной зоны. В результате одновременно протекающих процессов тепловой генерации и рекомбинации в полупроводнике устанавливается равновесная концентрация электронов i n и дырок i p , зависящая от температуры и ширины запрещенной зоны. Для собственного полупроводника (то есть полупроводника свободного от примесей) эти концентрации можно считать равными. Собственная концентрация носителей заряда обуславливает так называемый темновой ток (ток в отсутствие освещения)       Вопросы к лабораторной работе :3) Во сколько раз различаются спиновое и орбитальное гиромагнитные отношения для электрона?  10) Что такое спин ядра?   Защита: Эффект Зеемана Эффект Зеемана заключается в расщеплении спектральных линий атомов и ионов во внешнем магнитном поле. Расщепление спектральных линий, в свою очередь, обусловлено снятием вырождения и расщеплением энергетических состояний (появлением дополнительной энергии у магнитного момента µ, помещённого в магнитное поле с индукцией B): Eдоп = –µ•B. В зависимости от кратности вырождения состояния по квантовому числу mJ и величины индукции магнитного поля может реализовываться нормальный и аномальный эффект Зеемана, а также эффект Пашена – Бака. Объяснение эффекта Зеемана в рамках классической физики было дано Хендриком Лоренцем. Согласно его теории атом рассматривается как классический гармонический осциллятор, и его уравнение движения в присутствии магнитного поля {\displaystyle {\vec {B}},}BBBBBBBBBB направленного вдоль оси Z, можно рассматривать в виде:    Квантовые числа n- главное квантовое число, определяет энергетические уровни электрона в атоме и может принимать любые целочисленные значения, начиная с единицы n=1,2,3,4 l=орбитальное квантовое число, определяет момент импульса электрона в атоме l=0,1,2..n-1 m - магнитное квантовое число, которое при заданном / может принимать значения т / = 0,±1,±2, ...,±1, (223.7) Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип орбитали, на которой он находится. 1. n - главное квантовое число определяет общую энергию электрона и степень его удаления от ядра (номер энергетического уровня); с 1 ( n = 1, 2, 3, .) 2. l - орбитальное (азимутальное) квантовое число определяет орбитальный момент импульса электрона. l = 0,1,...,(n -1). 3. m - магнитное квантовое число определяет проекцию момента импульса электрона на заданное направление внешнего магнитного поля. Его значения изменяются от + l до - l m= 0,±1,±2,...±l . Физический смысл магнитного квантового числа вытекает из того, что волновая функция  , описывающая квантовое состояние электрона в атоме водорода, является собственной функцией оператора проекции момента импульса4. ms - спиновое квантовое число характеризует собственный момент количества движения электрона. Может принимать лишь два возможных значения±1/2 различное состояние электронов определяются непосредственно из уравнения Шредингера, кот показывает, что для каждой комбинации m,l,n будет свое распределение плотности вероятности нахождения электрона около атома. 33. В результате комптоновского рассеяния длина волны фотона с энергией = 0,3 МэВ изменилась на 20%. Определить энергию Wэлектрона отдачи.  |