Работа 11. Изучение явления внутреннего фотоэффекта

Цель работы:

Изучение явления внутреннего фотоэффекта, исследование зависимости фототока от анодного напряжения при постоянном фототоке (снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента) и изучение зависимости силы фототока насыщения от светового потока.

Описание установки

Принципиальная схема рабочей установки для изучения внутреннего фотоэффекта приведена на рис.11.1.

Рис.11.1

Основные элементы установки: Л – источник света (лампа накаливания), F – фоторезистор, ℓ - шкала для измерения расстояния между лампой и фоторезистором, Т₁ и Т₂ – тумблеры для включения переменного и постоянного напряжений соответственно, УИП – источник питания, R – потенциометр, предназначенный для плавного изменения напряжения U_ф, подаваемого на фоторезистор. Элементы Л и F заключены в трубу прямоугольного сечения и, таким образом, изолированы от внешних источников света.

В работе предусмотрено исследование двух разных фоторезисторов. Каждый из них подключатся к схеме с помощью переключателя П₁. Так как световой ток I_св, возникающий при освещении фоторезистора, значительно больше темнового тока I_т, то в установке имеется реле (П₂) для подключения миллиамперметра для измерения I_св или микроамперметра для измерения I_т. Разность между I_св и I_т дает значение фототока I_ф = I_св – I_т. Зависимость I_ф от светового потока Ф при условии U_ф = const называют световой характеристикой фоторезистора. Не менее важной является вольтамперная характеристика, т.е. зависимость I_ф от приложенного напряжения U_ф при условии Ф = const.

Фоторезистор характеризуется удельной чувствительностью К и мерой изменения фотосопротивления ω:

, (11.1)

(11.2)

Световой поток Ф вычисляется по формуле (9.2). Значения I₀ (сила света источника) и S (площадь светочувствительного слоя) даны на установке.

Порядок выполнения работы

1. Подключить к установке переменное напряжение (тумблер Т₁) и постоянное напряжение (тумблер Т₂).

2. Снять вольтамперную характеристику одного из фоторезисторов по указанию преподавателя. Для этого планку с фоторезистором установить в крайнее левое положение. Переключатель П₂ поставить в положение “темновой ток” и включить в схему исследуемый фоторезистор (переключатель П₁). Изменяя с помощью потенциометра R напряжение U_ф, снять показания микроамперметра I_т.

3. Измерить значения I_св по миллиамперметру для тех же значений U_ф. Для этого переключатель П₂ поставить в положение “световой ток”. Фоторезистор установить на определенном расстоянии ℓ, указанном преподавателем. Данные измерений занести в таблицу 11.1

 

Таблица 11.1

Uф, В	Iт, мкА	Iсв, мА	Iф = Iсв – Iт, мкА	ω

 

4. Снять световую характеристику того же фоторезистора. Для этого при тех же положениях переключателей П₁ и П₂ (см. п.2) установить определенное напряжение U_ф и, изменяя расстояние ℓ, измерить значения I_св. Данные занести в таблицу 11.2. Значения I_т для данного U_ф взять из таблицы 11.1.

Таблица 11.2

ℓ, м	Ф, лм	Iт, мкА	Iсв, мА	Iф, мкА	К,

 

5.Вычислить меру изменения сопротивления ω по формуле (11.2) и удельную чувствительность К по формуле (11.1).

6. Построить график зависимости I_ф(U_ф), используя данные таблицы 11.1 и график I_ф (Ф), используя данные таблицы 11.2.

Контрольные вопросы

1. Какое явление называется внутренним фотоэффектом?

2. Что такое энергия активации полупроводника?

3. Что такое вольтамперная характеристика фоторезистора?

4. Что такое световая характеристика фоторезистора?

5. Как определяется удельная чувствительность фоторезистора?

6. Как определяется мера изменения фотосопротивления?

7. Что такое сила света источника и световой поток? В каких единицах они измеряются?

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Оптика. Учеб. пособие. – М.: 2003.